随着新兴的交叉学科不断涌现,机器人手爪作为机器人系统中的重要组成部分,担负了越来越复杂的工作任务,也对其适应性提出了更高的要求。相比于传统的固定刚度手爪,刚度可调节的手爪同时具有刚性手爪和柔性手爪的优势,可以适应更广泛的抓取任务。同时,传统机械臂上的末端夹持装置,通常功能单一,仅有一种或极少的几种抓取姿态,难以很好的适应不同类型的抓取需求。针对这种情况,本文设计了一种通过改变拮抗布置非线性弹簧初始压缩量的刚度调节装置,利用非线性弹簧刚度随初始压缩量而改变的特点,实现了变刚度功能。同时为了尽可能的缩小装置体积,采用了电机复用的方案,利用系统原有的驱动器,在特殊位置调节刚度,实现刚度调节的情况下不增加驱动器数量。在此基础上,分析人手的抓取姿态,从功能出发,通过增加手爪的对掌自由度,设计完成了可以实多种抓握姿态的机器人手爪装置,一定程度上拓展了机械手爪的工作场景。同时,采用功能分区的理念,设计了二自由度和三自由度的手指连杆结构,依据手指的抓握功能和微调功能配置驱动器,合理的分配了电机的功率和速度,有助于缩小手爪体积,降低成本。并对手爪的单指进行了动运动学和静力学的分析,计算工作空间并解算关节角度对应的电机位置,最终完成整体结构设计。接下来对系统的控制结构进行了设计,对抓取过程中的刚度切换、姿态选择等过程进行了分析研究,并通过基于位置的阻抗力跟踪算法,实现了抓取过程中的指尖力控制。最后,搭建变刚度机器人手爪实验平台并进行了相关实验。平台包括了完整的机械结构、驱动控制系统以及对应的控制程序。在相关实验部分,测量了手指关节的转动刚度,验证了刚度调节的可行性。利用手指关节的柔性环节,通过对位置的控制,实现了指尖开环的力控制,并在加入力传感器后,采用基于位置的阻抗力跟踪算法实现了力控抓取。进行了不同姿态的抓取实验,实现了适应多种抓握姿态的设计理念。