在机器人研究领域,为实现多任务而研究开发的机器人仿人灵巧手已经越来越受人关注,成为机器人领域中一个重要的研究方向。在仿人灵巧手研究领域,专家学者已经对灵巧手的结构、灵巧手的灵巧操作及稳定性、抓持接触力等问题做了大量的研究。灵巧手可以完成与人手相似的各种操作任务,除灵巧操作外,灵巧手进行强力抓取操作时,由于灵巧手结构的复杂性及构件尺寸较小,灵巧手的承载能力问题,即灵巧手抓取一定重量的物体时结构的强度、刚度是否满足要求的问题是一直被人们忽略的一个问题。本课题来源于国家“863”项目课题“有表情智能仿人全身机器人系统集成化设计及基础技术验证”(项目号:2006AA04Z201)的一部分,目的在于通过对实验室现有自行研制出的灵巧手进行抓持能力的研究,验证其在抓取一定重量物体时的承载能力问题。按照“最轻自身重量、最小结构尺寸、最大负载能力”的设计原则,此灵巧手与人手比例为1:1大小,采用腱传动的设计思想。本文首先对灵巧手结构及传动特点进行了简介。在此基础之上对手指的运动学及逆运动学进行了分析,之后通过对单手指与物体的接触模型的静力学分析,得出了手指与物体之间接触力与关节驱动力矩以及作用于物体上的外载荷之间的关系。为灵巧手的控制奠定了基础。为实现灵巧手的大载荷抓取,首先应保证抓取的稳定性,通过对稳定性抓取理论—力封闭与形封闭的研究,证实了强力抓取在理论上能够满足抓取稳定性的要求。在ADAMS中完成了灵巧手的抓取仿真,得到了灵巧手稳定抓取时的接触力曲线。在灵巧手抓取过程中,关节驱动力矩要在电机的额定输出力矩范围内。并且能够用较小的能量消耗,即用较小的关节力矩抓取一定质量的物体。因此建立了灵巧手的强力抓取优化数学模型,通过优化的方法得到了在抓取一定重量物体时,在各关节力矩满足额定力矩的前提下,使总的关节力矩最小的优化结果。因此在电机额定驱动力矩一定的情况下,提高了灵巧手的抓取能力。在仿人手关节驱动力矩能够满足电机驱动能力,仿真实验能够稳定抓取物体时,这时并没有考虑灵巧手手指结构强度及刚度是否满足要求的问题。因灵巧手结构复杂,制造成本高,且结构件尺寸较小,为避免其在抓取实验中因抓取过重的物体使结构件产生非塑性变形,我们采用有限元方法对稳定抓取一定重量物体时的灵巧手结构进行静力学分析。验证了手指结构在稳定抓取时满足强度及刚度要求。为灵巧手实验提供了抓取物体重量的依据。