柔性手爪的优良特性使其成为果实采摘农业机械手的研究热点。本文基于Ninja Flex材料的特性,设计了柔性手爪,并将其与机械臂协同配合,实现了基于柔性手爪的采摘机器人。其主要研究内容如下:(1)柔性手爪的结构设计。a)以苹果作为研究对象,分析了其物理特性与抗压特性,并根据物理特性确定了柔性手爪的抓取对象尺寸范围为70mm～90mm;b)根据球形果实的抓取特点,确定了柔性手爪的手指数量为3,手指间夹角为120°分布;c)结合采摘作业场景比较多种柔性手爪的驱动形式,得出气压驱动最为合适;d)基于Solid Works软件对柔性手爪的结构进行建模,展开了分流气道和手指进气方式的气密性设计。(2)柔性手指的有限元分析。a)基于ABAQUS 16.04对柔性手指进行有限元分析,确定了柔性手爪的正常工作气压范围是-100k Pa～100k Pa;b)通过对比不同长度手指的弯曲变形与指尖接触力性能,确定手指的长度为75mm,并研究了长度为75mm的手指在不同气压工作时的指尖位移曲线。(3)采摘机器人控制系统设计。a)完成了采摘机器人控制系统总体设计;b)完成采摘机器人系统硬件设计。包括气动回路的设计,机械臂与柔性手爪的接口设计;c)完成了机器人系统软件设计。首先基于VB进行了上位机界面的设计,制定了柔性手爪的控制器与上位机的通信协议,并基于ORiN2实现了上位机与机械臂的通信;d)对机械臂控制器进行二次开发,实现基于柔性手爪的采摘流程。(4)试验研究。a)基于柔性手爪控制箱,完成了柔性手指的弯曲变形和接触力试验以及柔性手爪的抓取力大小试验。试验结果表明,柔性手爪的抓取力与变形量均随气压增大而增大,其最大抓取力抓取的质量可达到368g。b)基于采摘机器人平台,进行了柔性手爪的采摘试验,验证了设计的采摘方式可行性。