理解人体手臂七个自由度对应的运动

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写本篇的目的在于，我发现很多人理不清人体手臂运动时内收/外展、屈曲/伸展等动作描述的关系，包括我自己也是！

我每次要用到的时候都要去查，记不下来，比较麻烦，于是归纳本篇，包含了我本人的理解

注：本文图片均为网络上截取，如有侵权请告知，可删

引入：七自由度机械臂和人手的关系

我们平时所见的机械臂一般有六自由度、七自由度两种，并且这两类机械臂都能够到达工作空间中的任意位置。

但是，既然六自由度机械臂已经能够达到工作空间中的任意位置了，那还要七自由度机械臂干嘛呢？

原因在于，六自由度机械臂在相对复杂的环境中会受到限制。

比如在需要避开特定障碍物的情况下，此时难以达到特定的位姿。

七自由度机械臂又称为冗余机械臂，即比六自由度机械臂多了一个关节，它是冗余的，但这一冗余给机械臂带来了更大的灵活性，比如它可以在避开特定障碍物的情况下在末端实现特定的位姿，这一点和人的手臂类似，

因此，七自由度机械臂有时也称为仿人机械臂，换个角度也可以知道：我们认为人的手臂有七个自由度。

为什么我们说人手有七个自由度？这其实和人体上肢的解剖学有关，本文不打算进行解剖学的分析，只教大家如何认知、划分、理解这七个自由度

引用(3 封私信 / 2 条消息) 人的手臂有几个自由度？ – 知乎 (zhihu.com)回答的两张图

类似在机械臂上，如下

这两张图的数字1、2、3、4、5、6、7不是一一对应的，但我们目前只要知道人手臂的活动可以这样拆分就可以了，只做理解用途

人类肢体活动划分

坐标系引入

为了对手臂关节的运动进行描述，这里引入一个坐标系

当人体处于立正姿势时，在人的肩关节、肘关节、腕关节处，

分别定义水平向前为X轴，沿着相邻关节连线向上为Y轴，Z轴根据右手定则得到。

基于此，我们定义沿着三个轴旋转的运动名称为：

手臂关节与上述坐标系的对应

回到人的手臂上来，大伙尝试下应该可以发现：

肩关节可以任意转动，因此有3个自由度，

肘关节有1个自由度，

腕关节有2个自由度，

此外，人的小臂也可以进行旋转，将其归类到肘关节的运动中，

因此人的手臂自由度为：3+1+1+2=7

这其实是一种简化的模型

接下来我们进一步将其联系到人体手臂上，在各关节处定义坐标系：

• 肩关节

  根据上表以及坐标系的定义，

  • 沿着X轴的运动为内收/外展
  • 沿着Y轴的运动为内旋/外旋

    

  • 沿着Z轴的运动为屈曲/伸展
• 肘关节

  我们将小臂的旋转运动归类到肘关节的自由度里来，因此有

  • 沿着Y轴的运动为内旋/外旋（旋前/旋后）
  • 沿着Z轴的运动为屈曲/伸展（屈/伸）
• 腕关节
  

  脑梗偏瘫后的腕关节关节活动度训练：掌屈背伸、桡偏尺偏 (baidu.com)

  • 沿着X轴的运动为内收/外展（背伸/掌屈）
  • 沿着Y轴的运动为内旋/外旋（桡偏/尺偏）

与医学术语的联系

上面已经完成了所有的定义，然而在医学中，各关节对应的运动并不是全部由内收/外展、内旋/外旋、屈曲/伸展这几个词来描述，他们有一些专有名词，如下：

总结

划分与理解、记忆这几个动作的关键在于：

要在手臂关节上建立局部坐标关系，并且确定好坐标系各轴指向，

基于此，在立正的姿势下，分X、Y、Z轴确定动作进行描述，

当然，其中对不同的关节，描述术语会略有不同。