仿人灵巧手是机器人重要的末端执行机构,在服务型机器人、制造机器人和空间机器人方面都有着广泛的应用。目前面世的机器人灵巧手的应用场景较少,经过对国内外的机器人灵巧手进行分析发现,当今的机器人灵巧手仍存在体积过大、制造装配复杂、控制难度高、制造成本过高等问题。本文将针对以上问题,参考人手的解剖学原理中的手指骨骼、关节、手肌的构造与工作原理,结合人手协同的生物力学特征与运动统计学原理,保证满足资助项目需求的情况下,研究一种刚-柔耦合协同驱动的欠驱动仿人机器人灵巧手设计方法。针对仿人灵巧手的关节结构设计问题,采用仿生学创新设计法,对人手的解剖学原理进行分析,深入研究人手的骨骼结构、关节与肌肉构造,参考成年人手的尺寸大小,运用PTC Creo采用曲面建模等方法完成机器人灵巧手的关节、外观等设计。针对仿人灵巧手的传动问题,采用仿生学创新设计法结合功能分析法,通过研究人手协同的生物力学特征与运动统计学原理,结合灵巧手的功能需求,最后确定设计中拇指的掌指关节和指间关节、四指的近指间关节和远指间关节采用协同耦合设计,这样的设计既保证了整个五指机械手不使用全驱动方式也可以具有较高的灵巧性。针对仿人机器人灵巧手的驱动问题,采用功能分析法,研究了欠驱动自适应机构特征并设计实现了基于单向传动的欠驱动两指手进行实验验证,结合五指手的各个手指的功能需求,最后采用欠驱动机构来驱动仿人灵巧手的屈伸、收展,采用4个电机驱动仿人灵巧手的16个关节,采用1个电机控制拇指的屈伸、1个电机控制控制拇指的收展、1个电机控制四指掌指关节的屈伸、1个电机控制四指近、远指间关节的屈伸。总之,经过运用仿生学创新设计法结合功能分析法进行机器人灵巧手的设计,协同欠驱动仿人灵巧手具有抗冲击载荷、灵巧性高、结构紧凑等优点。实验运用ADAMS对灵巧手进行运动学仿真以验证仿人手的灵巧性,利用Creo Simulate与ANSYS对灵巧手的关键部位进行静力学仿真,之后搭建拇指的实验平台对拇指的设计进行实验验证,最后对五指灵巧手实体对各个手指的功能进行相关的实验验证。