与传统的刚性机械抓手相比,软体抓手拥有着自适应性强、安全性高等特点,尤其是对一些不规则物体或者易碎物体的抓取具有较大的优势,但普遍由于自身刚度低,使得其不能对物体进行稳定或精准的抓取。抓取的理想状态为柔性接触、刚性承载,为了实现这上述目标,变刚度柔性抓手设计思想被提出,然而目前变刚度抓手存在着变刚度范围较小,承载能力不足等问题。本文从变刚度的机理出发,对变刚度柔性抓手的结构设计、制作工艺以及理论建模开展深入研究,创新设计出一种具有大范围变刚度性能的多向柔性抓取机器人。首先设计了半波纹空腔结构的双层气压驱动,由柔性驱动层和变刚度层组成。基于颗粒干扰变刚度原理,同时结合折板机构的伸缩以及刚度特性,设计出了刚柔耦合变刚度模块。通过控制变刚度层的气压,实现变刚度柔性抓手刚度的动态调节,并且通过控制柔性驱动层的气压,实现变刚度柔性抓手弯曲运功的控制,同时由于折板机构隔离效应,使得颗粒具有自恢复性。然后,以变刚度柔性抓取单元为研究对象,从柔性外层材料的应力变形出发,研究抓取单元弯曲运动与材料属性、结构尺寸、变刚度模块以及外载气压的关系,并确定其主要影响因素,建立了变刚度柔性抓取单元弯曲角度与输入气压之间的数学关系模型。其次,采用硅胶浇注法制作了柔性外层,并将刚柔耦合变刚度模块嵌入其中组成变刚度柔性抓取单元。将柔性薄膜弯曲传感器和柔性薄膜压力传感器贴附于变刚度柔性抓取单元,由此建立刚度检测系统,抓取时可以判定被抓物体的刚度信息,由此可以进行气压调整,实现最佳抓取。最后,搭建了实验测试平台,测试出了输入气压与变刚度柔性抓取单元弯曲角度的对应关系,并且与理论数据进行了前后对比,验证了其具有较强抓取适应性,同时也具有良好的变刚度效果,在变刚度状态下抓取重量可提升3倍以上。文中所做工作为研制新一代大范围变刚度柔性抓取机器人提供了参考。