由于脆性材料抗冲击能力和抵抗动载荷的能力较差,且抗拉能力远低于抗压能力,因此实际生产过程中非常容易破碎。人造金刚石的合成原料叶蜡石块和叶蜡石环,都是易碎件,并且生产过程伴随着高强度、重粉尘污染的工作环境。实现生产过程的机械化和自动化能够提高生产效率。为了解决脆性材料生产中存在的难题,实现自动化和智能化生产,本文设计了一种内撑式抓取的机械手构型,并对手指结构进行优化分析,探讨了不同刚度匹配的手指骨构型与易碎件接触碰撞规律,具体研究内容如下:本文首先通过分析叶蜡石生产原料的形状、材料特性和有效工作空间等方面的因素,提出了具有指掌协同特征的机械手构型,设计了适用于薄壁脆性材料的内撑式上下料机械手整体系统。然后,在机械手整体构型基础上,对采用等速推送气缸、等压推送气缸、伺服电动推杆为驱动模式的三类机械手结构及相应的控制系统进行了对比分析,并给出了三种驱动结构的适应场合。为了探索机械手的最优构型以及运动参数,减小机械手手爪抓取工件的冲击速度,以设计的机械手结构参数关系为基础,连杆参数为变量,以不降低手爪整体运动的平均速度而降低手爪接触点的冲击速度为目标,建立优化模型,采用遗传算法进行寻优计算。通过对机械手结构参数进行优化,减小了手指指尖接触易碎件的冲击速度,降低了机械手抓取易碎件过程中脆性材料破碎的概率,并提高了作业可靠性。为了寻找适应于薄壁易碎件的内撑式抓取机械手手指骨构型和刚度匹配模型,探索抓取过程的接触-碰撞规律,设计了软性手指与刚性手指结合的手指指端结构,建立了刚性手指体与软性手指体的不同“肌骨”搭建构型,并研究和分析了不同构型的接触刚度变化规律。采用Hypermesh等软件集成建模的方法,建立了机械手指端零部件有限元模型,通过LS-propost软件对有限元模型施加相应的约束、载荷、接触类型等,并进行后处理,计算得到环形易碎件接触碰撞过程中的应力、应变云图,并以此为基础,设计和优化手指骨搭配模型。为了验证机械手系统的实际工作性能,开发并搭建了机械手系统的实验平台,设计了控制系统的总体方案,并对各个控制模块的硬件型号进行分析和选择。通过trio控制卡对运动模块进行设计和编程,并开展其运动特性实验研究,证明了薄壁易碎件内撑式上下料机械手整体结构方案和设计参数的合理性。本课题的研究成果将为薄壁易碎件上下料柔性机械手的设计提供新构型,对新理论与方法进行了探讨与实践,为推动生产过程中对薄壁易碎件作业的自动化和智能化提供基础。