人手有多少自由度？

與這個問題相關聯：

人的手臂有幾個自由度？ - 知乎

更新一下，不算手腕平移＋旋轉的話，應該是21。具體可以看 @任賾宇 的回答。

24個。

之前寫過一篇文章：

這或許是現在最酷的機械手|Shadow Hand測評

就是介紹目前學術界最接近人手靈活度的機械手 Shadow Hand。

設計者在設計它時就完全參照了人手的自由度設計，也即24個：

首先從我閱讀到的學術文章來看：

這個問題下所有回答24個自由度的答案是不嚴謹的。我被這個問題困擾過很久很久，我還是更加相信學術上主流解剖學理論的觀點，即：

27個：考慮手腕關節相對空間的6自由度；

21個：不考慮手腕關節；

首先註明這個答案的出處：

Paper: Handrix: Animating the Human Hand

這篇文章的紅色方框內容詳細介紹了人手27個自由度的分布情況，此文章的引用量如下：

這篇文章說實話是計算機圖像學的文章，它這段人手自由度數量及分布的論據是引用的如下這篇文章，即專業的人體解剖學著作——Grants Atlas of Anatomy，其引用量如下：

Book: Grant s Atlas of Anatomy

我是機器人方向的PhD。在機器人領域，尤其是機械手設計這塊，對人手自由度的數量的認知實際上是不規範的，我覺得應該統一認知，以生物解剖學的理論為基準。

具體分析如下：

這張圖是人手的具體解剖學圖，從解剖學的觀點來看，21個自由度（不考慮手腕）按照如下得到:

• 食指+中指+無名指+小拇指：4+4+4+4=16

1st DoF: distal phalange與middle phalange之間的張開閉合；

2nd DoF: middle phalange與proximal phalange之間的張開閉合；

3rd DoF: proximal phalange與metacarpus之間的張開閉合；

4th DoF: proximal phalange與metacarpus之間的外展內收；

• 大拇指：5

1st DoF:distal phalange與proximal phalange之間的張開閉合；

2nd DoF: proximal phalanx與metacarpal之間的張開閉合；

3rd DoF: proximal phalanx與metacarpal之間的外展內收；

4th DoF: metacarpal與trapezium之間的張開閉合；

5th DoF: metacarpal與trapezium之間的外展內收；

因此不包括手腕關節是16+5=21個自由度。

如果我們以帶」血肉「的真實人手來看，21個自由度分配如下圖：

特別要注意的是圖中的紅色所標註區域，從解剖學自由度觀點來看，是不具備自由度的！

如果單純地把一隻」手「丟到空間中去考慮自由度的話，自然而然是需要考慮手腕關節帶來的額外自由度，即:

• 手腕：6

3個自由度的平移（Translation）和3個自由度的旋轉(Rotation)

因此一隻手有多少自由度？最嚴謹的答案是：21+6=27個

自己試了一下，不算手腕，其他答主提出的21Dof數來數去只能做到18個。

話說難道只有我是中指和無名指第三關節以及小指第二三關節聯動，不能獨立旋轉嗎？

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終於不藉助與手掌之間的摩擦力僅靠肌肉力量和做出了20個！

介紹另外一種確認自由度的方法，核磁共振成像分析， Stillfried, G. and P. van der Smagt [2008]， Stillfried et al. [2014]。作者給出了不同精度作為標準（比如以旋轉和位移為標準，9度位移6mm，6度3mm，或者3度2mm ），得出最後結果，22，24，或者33個自由度（不包括手腕）。

24個自由度是比較通用的一個結論，適用於設計機械手，所以其他答案中也討論了很多機械手的自由度。當然實際設計的時候還會繼續考慮降低設計複雜度，一般在這基礎上再減少。因為最近在研究DLR （德國宇航中心）的論文，所以順便就講講DLR的線拉機械手( DLR Awiwi Hand )，因為上面這篇文章就是為了後來的Awiwi Hand的設計做鋪墊。拇指設計成和其他手指一樣的4個自由度（兩個單自由度樞紐關節（Hinge joint）和一個雙自由度橢球關節（condyloid joint）），這樣就是4x5=20個自由度的一個結果。那麼剩下的4個自由度去哪了？1個是在拇指上的簡化，剩下3個自由度都是在手腕，然後都被簡化掉了，因為考慮了設計難度和實際必要性。實驗裡面手腕被截去，沒有考慮手腕的自由度，手腕處的自由度是來源於一堆手掌底部的碎骨間的相對運動，所以手腕上的「Pitch Roll Yaw」（參考 @任賾宇 的答案）是另外計算的。

Ref.

Stillfried, G. and P. van der Smagt [2008]. 「Human hand kinematics based on

MRI imaging」. In: Robotics:Science and Systems V. Ed. by J. Trinkle, Y.

Matsuoka, and J. A. Castellanos. Vol. 36. 27. Cambridge: The MIT Press,

pp. 217–224. ISBN: 978-0-262-51463-7.

Stillfried et al. [2014] G. Stillfried, U. Hillenbrand, M. Settles, and P. van der Smagt. MRI-based skeletal hand movement model. In R. Balaraman and V. Santos, editors,

The Human Hand as an Inspiration for Robot Hand Development, volume 95

of Springer Tracts on Advanced Robotics, pages 49–76. Springer, 2014. doi:

10.1007/978-3-319-03017-3_3. URL http://elib.dlr.de/85039/.

不一定拿自由度作為衡量靈活性的標準。。。

就好比你問：

人腦每秒可以進行多少次浮點運算？？？

問題是，浮點運算並不是衡量大腦的標準。雖然大腦不適合作浮點運算，但是，3d重建，識別，推理等對你來說輕而易舉的事情，計算機能辦得到嗎？

回到這個問題來，假設你做了一個和人手同樣自由度的機器手，你去搜索下，區區一個倒水動作，多少人實現了，實現效果如何？？？更別提寫字等變態的任務了。。。

所以問題來了：自由度是衡量生物運動靈活性的標準嗎？

個人覺得，當自由度較多時候，同一個任務的解決辦法就不止一個，自由度的個數已經不能當做靈活性的衡量標準了，它可能更依賴一個更好的機械結構和更好的控制器，比如大腦。。。