近年来,在制造业逐步向智能化转型的大背景下,机器人技术开始更广泛的被运用于建筑、医疗、商品分拣、汽车制造等行业,仿人机械手作为机器人的末端执行器,与人手具有类似活动关节,相比于执行特定任务所设计的传统机械手,具有更高的灵活性、通用性和适应性。但仅通过增大仿人机械手的尺寸大小扩展手指工作空间范围及不合理的抓取点位置分布均会影响机械手抓取稳定性。为解决该问题,本文对仿人机械手的工作空间尺寸和抓取布局点规划进行了研究,具体研究内容如下:(1)结合人手的结构和功能特征,对仿人机械手的手指结构和布局进行了设计。综合目前仿人机械手传动和驱动系统的优缺点,根据手指的结构、空间尺寸,选取钢丝绳耦合机构作为手指屈伸、旋转运动的传动机构,选取摆杆与槽口结合的连杆机构作为手指侧摆运动的传动机构,采用微型电机作为驱动源,利用齿轮传动将微型电机的转动和转矩传递给手指,此仿人机械手在不增大机械手的尺寸大小的情况下,增加了手指的自由度数目,扩展了机械手空间运动范围。(2)根据仿人机械手的结构特点,分析仿人机械手的工作空间尺寸。通过D-H参数法,建立单手指的运动学模型,分析单指的运动学方程,求解出指尖位置坐标与手指关节尺寸和手指关节角间的映射关系;以中指基坐标系为全局基坐标系,建立在全局坐标系下的仿人机械手手指运动学和指尖位置点数学模型。利用MATLAB对仿人机械手的工作空间尺寸进行仿真分析,得出了仿人机械手工作空间尺寸大小与机械手手指侧摆机构的摆杆长度无关,与侧摆角度及旋转角度成正比。(3)依据仿人机械手不同位姿确定抓取工作模式,并对其手指抓取布局点进行规划。首先,结合人手抓取物体的动作姿态,确定适用于仿人机械手的抓取模式;其次,分析机械手与目标物体间的接触类型,提出机械手不同接触类型的抓取稳定性指标参数,并对机械手抓取姿态进行力学分析,获取指尖接触力与抓取位置矩阵的关系;最后,建立机械手抓取接触点位置数学模型,利用MATLAB对机械手的抓取稳定性进行分析,得出仿人机械手抓取稳定性与抓取平面离目标物体质心距离有关,及在最优抓取平面上抓取稳定性与手指位置分布无关的变化规律。(4)在Solidworks中仿真分析仿人机械手运动学和工作空间范围,并对仿人机械手抓取布局点规划进行实例验证。在Solidworks中绘制结构模型,设定手指各关节的材料、配合关系及运动约束,利用Solidworks motion功能模块,仿真机械手的指尖位置轨迹、各关节角速度、角加速度和工作空间范围,对比分析虚拟样机模型与理论模型的空间范围,并以实例验证抓取布局点规划的合理性。本文所设计的绳驱动仿人机械手增大了机械手的工作空间,提高了机械手的抓取稳定性,为工业机械人末端执行器在更大的操作空间及抓取稳定性方面的进一步开发提供了一定的参考意义。