随着科技的进步,人们对于高仿真拟人机械手的需求日益增加,使得拟人机械手的研究稳步推进。本文基于人手解剖学结构,设计了一种具有与人手相似生物学特性的弹性铰链指关节,并对机械手进行了运动学相关的分析研究,以期在最大程度上实现拟人机械手对人手的高度仿真,使拟人机械手具有更接近人手的运动特性,为实现后续有效的控制和广泛的应用奠定基础。首先,为了解人手具有高灵活性的生物学特性,深入研究人手解剖学结构,加深对人手结构功能的了解,并以真实人手骨骼为设计依据,通过分析其内在生物学特征分别对指间关节、掌指关节及腕掌关节处结构进行设计。采用UG软件对所设计的指关节进行三维建模,并完成拟人机械手的整体结构设计。然后基于人手解剖结构的肌腱分布,剖析关节协同运动的原理,完成拟人机械手的腱绳布置。将拟人机械手结构进行3D打印及装配,完成了拟人机械手的实验室样品模型。其次,对拟人机械手进行运动学分析。以单指为例,进行正向及逆向运动学分析,确定指尖位置与手指关节运动的关系,通过MATLAB完成运动学验证,并根据Monte Carlo法获得指尖的工作空间。为实现拟人机械手对目标物体的抓握运动,分析多指运动学,求解各指在基准坐标系下的指尖位置与关节位置的关系。此外,考虑拟人机械手指关节结构中引入的弹性部件对运动学的影响,对手指指尖位置相对于基坐标系的位姿误差进行分析,获得更准确的实际指尖位姿。最后,对拟人机械手的抓握运动进行研究。在运动学分析的基础上,对拟人机械手的抓握运动进行静力学分析,获得拟人机械手抓握物体时各关节所需的静力矩。基于Lagrange方程法分析手指的动力学问题,获得关节力矩与各关节位移、速度、加速度的关系式。对抓握运动的轨迹实现基于五次多项式插值的规划及仿真,然后对手指进行基于ADAMS和MATLAB的联合动力学仿真,验证所求动力学方程的正确性。最后,完成各关节驱动电机的选型,并为拟人机械手的抓握运动提供控制参数表,以便后续进一步控制的实现。