人手具有自由度多、灵活度高、出力大等特点,直到现在,还没有一款机器人手能完全模仿人手的功能,为了尽可能模仿人手的高灵活度、可靠性、广泛适用性,研究人员研发了高自由度的灵巧手。欠驱动多指机械手爪作为工业机器人的一种末端执行器,具有独特的机械结构和灵巧的操作性能,使得对目标物体的抓取规划变得非常复杂。欠驱动机构的夹持抓取方式,抓取稳定性以及其抓取稳定可靠性直接决定欠驱动机构设计的成败。由于欠驱动关节的驱动相对于全驱动关节来说是非独立的,其几何参数对抓取稳定性能的影响是未知的,而一个完整的多指抓取规划包括接触点位置布局、接触模型和多指手位形规划等,涉及到静力平衡、接触约束和运动约束等问题。为使欠驱动多指机械手能够保证抓取方式的多样性,具有较大承载能力且能够实现稳定抓取。本文根据一款模块化欠驱动多指机械手爪的工作原理及制作工艺,设计并优化了一种可变手指构型的欠驱动多指机械手爪。经过设计优化后的机械手可以主动适应不同抓取对象的外形要求,结构简单、控制方便,有较好的适应能力。其主要研究内容如下:利用Creo软件对机械手爪整体结构的三维模型进行结构优化,确定其基本配置;进而基于模块化设计思想,设计手指模块、电机驱动模块等结构功能块。设计两款能够实现多种抓取构型的手指机构,建立机械手抓取模型和物体模型,提出所要优化设计的结构参数。针对抓取方式及抓取质量等多个因素对机械手抓取稳定性的影响,基于D-H法建立其正运动学、逆运动学模型。在此基础上,以单个手指为例进行分析研究,验证了运动学正解与逆解以及动力学方程的准确性。基于欠驱动手自身的结构特性及抓取任务的要求,本文根据欠驱动手三种不同的抓取模式分别针对不同的被抓物体进行ADAMS仿真分析,得到了欠驱动手稳定抓取时的接触力曲线;研究手指机构的运动特性,并验证欠驱动手整体结构的合理性。在建立完仿真环境后,对三种抓取模式下的欠驱动手指的基指节推杆与中心滑盘连接手指处所受应力最小为目标在ADAMS中进行参数优化来优化基指节内部推杆的长度及摆动的角度,得到最优解后根据ADAMS仿真得到的力学数据;利用ANSYS对整个欠驱动手以及两种不同的手指机构进行强度分析,验证欠驱动手以及手指机构的承载能力。在验证欠驱动手抓取稳定性的过程中,手指的性质对欠驱动手的抓取稳定性影响很大。对欠驱动机械手的单个手指的属性进行分析,分析了关节接触点位置及接触力对抓取稳定性的影响,提出了接触力及力矩平衡的理论研究分析方法,探讨了影响抓取稳定性的因素。其后,进行欠驱动机械手的控制系统的设计,编写配套的控制程序。可使用PC应用界面进行抓取控制,可完成机械手自身的抓取动作以及手指的转位运动。最后搭建欠驱动多指机械手爪抓取的实验平台。将机械手安装在六自由度机械臂上,通过抓取不同尺寸、形状和质量的物体,验证机械手抓取的多样性、自适应性及抓取的稳定性。