柔顺机械手在现代工业生产线上的使用日益广泛,开展机械手系统末端执行器的构型设计研究,对于提升机械手系统性能具有重要意义。为了满足不同形状薄壁易碎件的内撑式上料作业要求,本文展开了薄壁易碎件内撑式作业机械手构型创新研究,主要包括:曲率可调三爪、四爪机械手结构构型设计与接触应力分析、机械手系统被动调整柔顺环结构刚度形变规律研究。为实现对不同半径圆柱形内壁工件的抓取,本文设计了一种曲率可调内撑式作业三爪机械手指结构。为使抓取面积最大、局部接触应力最小,分别采用等分与切比雪夫插值确定插值节点的最佳位置分布,建立了基于两种插值理论的弹性手指指肚挠曲线方程、拟合误差方程、接触仿真模型与破坏应力方程。在施加30N内撑力的情况下,等分插值模型与切比雪夫插值模型的最大接触正应力分别为257.99MPa、220.6MPa。为了实现对异型内轮廓工件的抓取,本文提出了一种曲率可调四爪机械手结构。为改善机械手接触状态,以椭圆形内壁工件为抓取对象,分别采用等分与切比雪夫插值确定插值节点的最佳位置分布,建立了基于两种插值理论的长、短轴弹性手指指肚挠曲线方程、拟合误差方程与接触仿真模型。在施加30N内撑力的情况下,等分插值模型与切比雪夫插值模型的最大接触正应力分别为149.63MPa、88.259MPa。为了使机械手系统具有一定的自适应调节能力,本文开发了一种具有被动柔顺特性的柔顺环结构。为了研究柔顺环的刚度形变规律,建立了柔顺环的六自由度响应模型,引入“黑箱”概念,搭建了基于Creo参数化建模法的柔顺环形变样本库,建立了基于BP神经网络的柔顺环形变预测模型,并对设计出的柔顺环在形变条件下进行了仿真模拟验证。在对比验证数据库中,该模型的预测结果与仿真结果的相对误差在5%以内。为验证理论设计的可行性,制作了曲率可调三爪、四爪机械手样机,进行了实际抓取实验。为实现末端抓取力稳定可控,采用MHS系列平行开闭型等压气缸作为机械手驱动器。整个抓取作业稳定流畅,证明了曲率可调抓取手结构的可行性。本文提出的曲率可调柔顺机械手结构,为刚性抓取机械手的柔性设计提供了新思路,为利用机械手抓取薄壁易碎工件提供了有益探索与理论实践补充。