随着机器人技术的快速发展和人工智能的出现,机器人的应用逐渐拓展到许多领域,但同时也面临着操作环境复杂多变,操作对象种类复杂的问题,因此对机器人的适应性和灵活性提出了更高的要求。近年来,材料科学和可拉伸电子等领域的发展促进了软体机器人领域的快速发展。软体机器人由可承受大应变的超弹性材料制成,具有理论上的无限自由度和连续变形能力,有很强的适应性和高度的灵活性。本文在模拟人体手指的结构及功能的基础上,以软体机器人技术为依托,制备出了外形和功能均模仿人体手的仿生手指,并针对仿生手的设计、致动、制备和控制方式展开了系统的研究。首先,根据人体手指结构和运动特点,通过3D打印技术设计了一种符合人体手指运动规律的弯曲致动器,弯曲致动器设有三个柔性弯曲关节,每个弯曲关节均由外部管道独立控制,可以很好地模拟人体手指的运动,并建立了弯曲致动器的静力学理论模型。其次,通过单轴拉伸试验测试了弯曲致动器所使用的材料Ecoflex 00-50和PDMS在不同拉伸速率下的应力-应变曲线,借助Abaqus软件对弯曲致动器的弯曲性能进行有限元仿真分析,并与实验结果进行对比分析。结果显示,在外部气压为50kPa时,弯曲致动器的弯曲角度可达217°,本文根据弯曲致动器的理论模型,系统地研究了致动器的三个参数(腔室壁厚、腔室个数和腔室半径)对致动器弯曲性能的影响。再次,通过仿生手的制造工艺和弯曲致动参数的优化选择,制备出外形和功能均模仿人体手的仿生手,对仿生手各手指的弯曲性能和指尖载荷能力进行实验研究,结果显示,仿生手总共设有14个单向弯曲关节,每个关节的最大弯曲角度在80°~100°之间,每根手指的运动轨迹与人体手指的实际运动轨迹相吻合,手指的指尖载荷在324mN~592mN之间。并且进行了模拟人体手的一些基本动作和抓握实验,从而验证了该仿生手的灵活性及抓取能力。最后,搭建了仿生手气动控制系统平台,利用弯曲传感器制备出可以监测手指弯曲信号的可穿戴式数据手套,通过人体手指的弯曲运动来改变弯曲传感器的阻值,进而改变传感器的输出电压,从而实现对电磁阀的控制,最终实现仿生手指的充气、保持和放气的工作状态。手指腔体内气压的有序跟随变化,实现仿生手和人体手指的同步运动。同时,由于蓝牙模块的加入,可在10米左右的范围内实现无线控制仿生手的运动,并将传感器和控制元件部分实现物理隔离。该研究在康复医疗和抢险救灾等领域都有潜在的应用价值。