舱内服务机器人手爪用来执行空间的各种操作和维护任务，是各国重点研究的空间自动化装置之一。在目前已经研制成功的各种手爪中，多指灵巧手由于出力小、控制过于复杂，短期内难以在空间服务机器人上得到应用。专用手爪形状适应能力差，缺乏灵活性，只能用于特定场合。基于欠驱动机构的手爪控制简单，出力大，驱动元件少，具有多种抓取功能，但在稳定性、主动适应性以及智能化研究方面还存在不足，需经进一步研究和完善后才能够应用到太空。　　在国家‘863’计划和国家自然科学基金的资助下，本文以欠驱动抓取机构为基础，结合半主动柔顺指面、接触力传感器和自主抓取决策，研究了形状自适应能力强、抓取稳定性好和智能化程度高的形状自适应手爪系统。内容包括:系统分析和计算了欠驱动手指基本特性;成功研制出形状自适应手爪的原型样机，包括手爪机构、接触力和位置传感器;采用电流变体研制半主动柔顺指面;运用力封闭理论分析了精确捏取稳定性，采用定性分析、定量计算并结合仿真的方法，重点分析了手爪包络抓取的稳定性;运用粗糙集理论和模糊神经网络构，进行自主抓取决策研究;提出了基于传感器信息反馈的抓取控制方法。　　全文贯穿了理论分析和技术实现两个基本问题，涉及多个研究领域，主要的创新点体现在以下几个方面:　　1.首次提出了通过欠驱动手指机构、半主动柔顺指面和自主选择抓取模式三种方式，来增强手爪对被抓物体形状自适应能力的研究思路。其中，依靠欠驱动手指机构实现对被抓取物体的被动柔顺和形状自适应，实现多种抓取功能;依靠半主动柔顺指面增加了手指面在接触点处对物体形状的适应能力，扩大接触面积;提出了自主选择合适模式的方法来提高手爪主动适应物体形状的能力。根据这一研究思路研制的形状自适应手爪和加拿大的欠驱动手爪相比，大大提高了对物体形状的自适应能力，增强了抓取的合理性和稳定性。　　2.推导出多关节手指的运动学公式，采用虚功原理计算出三关节欠驱动手指的接触力，并应用遗传算法对三关节欠驱动手指的结构进行了优化，使得各个关节的接触力尽量均匀，提高了动力传递的效率，增强了抓取稳定性。多关节欠驱动手指的研究为手爪的设计和抓取分析奠定了基础。　　3.通过对欠驱动手指包络抓取的稳定性分析，指出了欠驱动接触动态接触不稳的原因是由于存在多种抓取构形，推导了关节数和抓取构形之间的关系。利用李亚普诺夫能量函数法，对形状自适应手爪动态接触稳定性进行定量计算，得到对应的刚度矩阵，依据刚度矩阵的正定性来判断手爪抓取的动态接触稳定性，为自主选择合适的抓取模式提供抓取是否稳定的依据。通过抓取稳定性分析，有效地避免了不稳定抓取情况的发生，提高了在空间工作的安全稳定性。　　4.成功研制出两个电机驱动的和四个电机直接驱动的两种十自由度形状自适应手爪原型样机。其中，两个电机驱动的原型样机采用了两级锥齿轮差动机构，比加拿大的平面齿轮差动方式更为简单和紧凑，减少了驱动元件。四个电机驱动的原型样机采用三个力矩电机直接驱动三个手指，增强了抓取的稳定性。这两种原型样机都采用一个步进电机连续调节手指的角度，进一步扩大了抓取适应性。通过大量的抓取实验验证了这两种手爪的自适应性和抓取稳定性。