机械手作为机器人的末端执行器,是机器人的重要组成部分,一直是科学研究最热门的领域之一。随着软体机器人成为热门的研究方向,使用软材料制成的软体机械手也引起了国内外研究学者的广泛关注和研究。然而,目前软体多指手与目标物体的交互作用机理、抓持规划理论等方面的研究尚未开展。手指尖和目标物体之间的作用机理及其数学模型是进行多指灵巧手抓持规划的基础。因此,研究软指尖与目标物体的接触机理、建立软指尖的接触力和接触刚度模型对软体多指手的抓持规划及更其具灵活性的应用具有重要意义。本课题以软指尖为研究对象,在研究了软指尖接触机理的基础上,建立了软指尖静态弹性接触模型和接触刚度模型,并通过有限元仿真和实验验证了理论模型的正确性。本文主要的研究内容如下:(1)对软指尖和目标物体的接触作了简化和抽象,建立了软指尖正向接触模型。提出了软指尖的微分表示方法,建立了软指尖的微分模型,有效地解决了非线性接触建模的难点。探究了软指尖接触机理,研究了软指接触力及接触摩擦力矩的分布情况。更进一步研究了非正向接触的情况,提出了软指尖静态弹性模型。基于此模型研究了软指尖刚度、接触力、弹性势能及三者间的关系。除此之外,进行了软指尖接触的有限元仿真,验证软指尖静态弹性接触模型的有效性。(2)基于弹性点接触的正交弹簧模型,建立了以多组正交弹簧表示的软指尖接触刚度模型。提出了弹簧的线矢量表示方法,并借助旋量理论,推导出了软指尖接触刚度矩阵。基于该矩阵分析了软指尖接触的刚度特性,提出了软指尖接触的六维表示方法,简化了软指尖接触刚度的建模。并且通过多个接触刚度矩阵的叠加,得出了在多个软指尖作用于目标物体的抓持刚度矩阵。(3)最后分别设计并进行了软指尖抓持刚度实验和软指尖压缩实验,实验结果和理论分析基本吻合,验证了软指尖接触刚度模型和弹性接触力学模型的有效性和准确性。上述研究的结果表明,本文建立的理论模型比较准确地反映了软指尖的接触约束特性,本文的研究成果为软体多指手的抓持规划和精细操作目标物体提供了理论基础。