近年来,机械臂被广泛应用在家庭服务和工业制造领域,机械手爪作为机械臂的末端执行器,常根据被抓对象的形状、尺寸、硬度等特性而采用专用的机械手爪,缺乏灵活性。为了使机械手爪抓持物体的能力更加通用,本文基于欠驱动刚性结构和柔性鳍条结构设计了一种新型的欠驱动柔性手爪。该手爪既保留欠驱动机械手爪抓取力大,适于包络抓取较大、较重物体的优势,也吸收了柔性结构便于柔性捏取较小、较圆滑物体时的长处。论文研究内容具体如下:首先,设计了欠驱动柔性手爪的整体结构,包括手指结构和手掌结构两大部分。手指结构由三个指节组成。第一和第二指节采用欠驱动连杆机构,方便平行运动和对物体进行包络抓取;而第三指节使用柔性鳍条结构,方便对小尺寸做柔性捏取,增强捏取过程中的稳定性。手掌结构主要包括一对四连杆机构,可实现手指的不同布局。整个手爪可以实现四种抓持手势,适合于不同形状物体。其次,对关键的机械结构和抓持模式做了力学分析与仿真验证,验证设计的可行性。在包络抓取模式下,对手指的欠驱动连杆机构做了静力学分析和动力学分析,通过分析得出了包络抓取时三个指节的接触力与驱动连杆上力矩的关系;在柔性捏取模式下,对手指的鳍条结构和平行连杆机构做了静力学分析,得出鳍条结构的力学模型以及柔性捏取时捏取力与电机驱动力的关系,并分别进行了ANSYS和ADAMS仿真验证。另外,也对整个机械手爪做了稳定性分析和刚柔耦合仿真实验。然后,设计了基于力反馈的电机控制系统,从而在控制上实现了机械手爪在不同的手势之间的转换以及不同的抓取力之间的转换。在手爪抓取物体前,预先设定了各种手势及不同的抓取力相对应的指令;手爪抓取物体时,根据力反馈信息确定抓持手势以及抓取力,上位机发送对应指令给Arduino单片机,控制电机运动。最后,本文根据机械结构的设计和感知系统的设计搭建了样机平台,并在样机上进行了抓持测试实验和捏取对比实验。通过抓持测试实验结果可以得出,欠驱动柔性手爪能够使用四种手势抓持长度10cm以内的,重量1.5kg以内的日常生活中的物体。通过捏取对比实验结果可以得出,在引入柔性鳍条结构之后,新型欠驱动柔性手爪相比传统欠驱动结构手爪在捏取稳定性方面有了较大的性能提升。基于鳍条结构的欠驱动柔性手爪还有诸多不足,将来会从结构、控制和感知这三个方面继续进行优化,并完善其性能评价方法和分析方法,从而使通用型机械手爪的研发变得更加系统、高效、切实可行。