摘要
摘要
随着人机交互、人机共融等技术的迅速发展，机械抓手作为交互过程中的
主要装置广泛应用于多样复杂的抓取任务中，机械抓手的性能要求也逐渐提高。
刚性的机械抓手具有满足大部分工作任务的负载能力，但是其刚性结构无法适
用于不同形状、柔性易碎等物体的抓取场景。柔性机械手具有抓取适应性，可
以抓取不同形状的物体，并且可以完好抓取易碎物体，又因柔性机械手的负载
能力有限，因此需要兼具抓取适应性与负载能力的机械抓手，以满足日益多样
的抓取任务。针对此类工作任务的需求，本文介绍了一种刚柔耦合软体机械手，
其特点是同时使用刚性部件与柔性部件，具有刚度调节功能，可实现装置刚度
的主动调节；采用多腔体手指均布设计，满足不同抓取任务需求。
采用仿生人类手指内骨骼结构，使用柔性材料制作的软体手指躯干包覆刚
性的变刚度机构，实现装置刚柔耦合特性。根据软体机械手的功能需求，设计
柔性部件与变刚度机构部件的结构，确认设计尺寸与参数。采用注塑加工方式
并设计注塑模具制作柔性部件。选择刚柔耦合变刚度软体机械手构型，安装软
体机械手装置。
根据软体机械手机构特性，分析主要部件软体手指的驱动变形情况，依据
硅橡胶材料特征，研究软体手指弯曲、摆动运动与驱动气压的关系，并利用
Abaqus软件仿真验证。软体手指刚度调节基于摩擦原理，分析运动过程中变刚
度机构的摩擦特性，进而研究软体手指的刚度变化特性。
软体机械手采用气压驱动方式，根据功能需求，设计气动回路，选型气动
元件，设计具有多回路独立控制的气压驱动系统。设计气动控制系统与功能交
互界面。气动驱动系统具有通用性，并采用了气压传感器进行PID反馈控制，
实现气压的精确稳定输出。
搭建软体机械手实验装置，进行了变形分析、阻碍力测试、保形、刚度测
试、物体抓取与旋转实验，分析软体手指及软体机械手的特性。通过负压调节，
软体机械手自身刚度的主动调节，提高负载能力。对于各种形状重量的物体，
机械手均可完成对其的抓取任务，具有抓取适应性，并且可以完整抓取易碎物
体。软体机械手采用四指均布构型，能够实现物体旋转任务，具有多功能性。
关键词:多指机械手；刚柔耦合；主动调节刚度；气动驱动控制；柔性抓取
（内容及关键词用小4号字）
-I-
Abstract
Abstract
Withtherapiddevelopmentofhuman-roboticsinteraction,human-robotics
integrationandothertechnologies,mechanicalgripperasthemaindeviceinthe
interactionprocessiswidelyusedinavarietyofcomplexgraspingtasks,the
performancerequirementsofmechanicalgripperisalsograduallyimproved.Rigid
mechanicalgripperhastheloadcapacitytomeetmostoftheworktasks,butits
rigidstructurecannotbeappliedtodifferentshapes,flexibleandfragileobjects
graspingtasks.Flexiblemanipulatorshavegrippingadaptability,whichcangrasp
differentshapesofobjects