电商行业的兴起,产生数量巨大的物流快递货品,其内包装货品配货、运输包装、按运输路线分拣、装入周转箱等工作枯燥繁重,人力资源耗费巨大,亟待机械手代替人工。物流快递内包装货品的外形、尺寸、材质等差别很大,对机械手的抓取范围适应性和抓持的可靠性有很高要求,而现有机械手手指指根的变位或转位操作无法同时进行,很难适应内包装货品要求。为此,本文提出了一种基于曲柄滑块机构的变掌式机械手,能够通过协同控制改变手掌构型,主动适应不同抓取对象的外形要求,结构简单、控制方便,有较好的适应能力。首先,进行机构原理分析和机械手结构设计。整个机械手属于两个电机驱动的平面并联机构,定位手指、安装板和其他固定件组成静平台,连杆上安装两个动手指并与可调曲柄共同组成动平台。通过协同控制改变手掌姿态,同时调节指根铰链底座的位置及其角度并自锁夹紧物体。此外,还可手动调节曲柄偏心距、手指安装位置和两曲柄的不对称度,进一步扩大抓取范围。机械手可实现三指向内抓取、三指平行抓取、两指平行抓取等三种抓取模式,具有抓取圆柱体、球体、椭球体、棱柱及不对称物体的能力。利用UG软件进行机械手的三维建模,并将模型导入至ADAMS中对抓取进行动态模拟,分别进行三种抓取模式下各手指接触力变化分析。随后,建立机械手的运动学模型,利用D-H变换矩阵计算机械手手指在运动过程中的实际位置坐标,使用MATLAB软件将坐标按顺序集合得到了机械手的实际工作空间,分析了工作空间内机械手几种抓取模式下的有效抓取范围情况。分析机械手各可调参数对工作空间的影响,进行手指接触力方向计算,并根据得到的结果针对三种抓取模式分别建立各自控制参数计算方程。然后,进行了变掌机械手的控制系统的设计,编写了配套的控制程序。可使用单片机开发板进行简单命令控制,完成双电机的简单控制和机械手的抓取动作,也可使用PC应用界面完成复杂抓取控制,实现了机械手的手动控制和自动控制功能。同时对抓取时手指的运动轨迹进行分析,得出手指直线运动时控制参数的变化曲线。最后,制作机械手实物,并进行了空载控制实验、实物抓取等实验,验证了机械手运动特性,检验了计算模型的准确性和机械手对多种抓取对象外形的适应性。结果表明,控制系统功能正常,机械手抓取效果和适应能力能够达到预想要求。