仿人灵巧手能够模拟人手的抓取操作,是一种通用的末端执行器。目前的灵巧手根据驱动器布置主要可以分为驱动器外置式和驱动器内置式,驱动器外置式灵巧手手部结构轻便,驱动器布置在前臂,通过绳索机构传动,但存在预紧标定困难,维护不便等问题;内置式灵巧手集成度高,但自由度数目受空间限制,通常以耦合机构连接手指末端两关节。这种设计适应抓取物外形的能力较弱,拟人性较为一般;部分全驱动灵巧手保证了灵巧性,但牺牲了部分负载能力且控制规划复杂。常见驱动器内置式灵巧手都会用欠驱动方式减少驱动器数量,从而简化机械结构、控制方法,并减小质量和体积。欠驱动机构中还存在一种耦合自适应机构,这种机构常见于假肢手中,其空载时的运动状态与耦合机构相同,且具有适应抓取物形状的能力,拥有很好的包络性,但抓取易失稳,且难以实现精确控制。本文针对一种可主动切换模态的耦合/自适应灵巧手的机械结构进行控制系统及传感系统设计,并对其控制方法进行研究,使得灵巧手兼具假肢手的自适应能力的同时也可以完成灵巧手高精度的精细操作。并且系统实时性强,控制稳定。本文首先对灵巧手的机构特性进行分析,设计了控制系统架构,并对控制系统的硬件进行设计;同时设计了具有多种感知功能的传感系统,并与机械结构互相配合,完成了整手的机电一体化设计。接下来对灵巧手手指运动学及静力学进行分析,分析灵巧手不同模态下的机构特性,建立了手指在不同模态下的运动学模型和不同空间下的静力学模型,以及在不同模态下手指驱动空间和关节空间的映射关系,并由此得到了手指发生自适应的判定条件。然后对手指进行了控制方法的研究:基于手指的运动学模型对手指进行不同空间下的位置控制,并在位置控制的基础上完成对手指的阻抗控制,同时提出了手指模态切换的控制策略。然后进行了传感器的标定实验,最后对单指的各项性能进行了实验验证。