随着时代的不断发展以及机器人服务行业和工业机器人领域的爆发性需求,国内外学者从各方面对机器人技术进行了很多深入研究,并不断涌现出各式各样的机械灵巧手。灵巧手的驱动方式大致可以分为全驱动灵巧手和欠驱动灵巧手,全驱动形式的灵巧手自由度多,空间构型可以更加复杂,因此也能完成复杂而精细的抓取操作,全驱动仿人灵巧手具有和人手相类似的机构与运动灵活性,可以替代人类在复杂、危险的环境中完成各种复杂的操作。根据灵巧手驱动器的不同,灵巧手可以分为气/液压驱动方式、微型减速电机驱动以及新型驱动材料三种类型。采用气压驱动方式,虽然可以达到很高的灵活度和较快的响应速度,但是其控制系统繁琐、体积大、便捷性差。采用形状记忆合金驱动的灵巧手具有体积小、响应迅速等优点,但其功耗高、工作周期长、不适应频繁抓取。由于微型电机尺寸小、减速比大、驱动布置灵活,本文结合形状记忆合金驱动和微型电机复合驱动的方式,设计了一种基于微型电机双级减速驱动方式的新型全驱动五指灵巧手,并对灵巧手的抓取控制策略进行了研究,主要完成了以下研究内容:在详细阅读国内外众多灵巧手研究文献的基础上,对不同驱动方式灵巧手的结构设计、传动特性进行了分析与研究,同时结合人手的运动特性及生理结构特点,按照与人手尺寸1:1比例,给出了本文灵巧手的结构设计参数。灵巧手具有5个手指,每个手指具有3个屈曲自由度以及1个侧摆自由度,整个灵巧手具有20个独立运动控制的自由度,通过双层式布置方式将微型双级减速电机内置于手掌中,并采用SMA弹簧作为侧摆驱动器,通过对电机输出盘的变径设计实现了大启动力和快速响应的目的,使得灵巧手结构更加紧凑。根据灵巧手的结构参数,通过D-H参数分析法,建立了灵巧手样机的运动学模型,对灵巧手进行了正逆运动学分析,并通过Matlab对灵巧手的工作空间进行了仿真。完成了灵巧手整体硬件控制系统搭建,灵巧手采用Arduino为控制芯片,主要包括驱动子系统、控制子系统、传感反馈子系统三大部分。对压力传感器进行了标定,搭建了指尖压力PID控制系统,实现了稳定的抓取力控制;基于SV103角度传感器反馈对灵巧手的精细抓取进行了研究,并提出一种力/位混合控制策略。采用轨迹规划算法,实时对灵巧手的关节角度、速度和加速度进行反馈控制,从而实现灵巧手对目标物快速、稳定的抓取。采用3D打印技术对主要零部件进行了制作,并完成了全驱动灵巧手实物样机的组装,通过搭建便携式控制系统,对生活中常见物品进行了抓取实验。结果表明:本文设计的全驱动灵巧手具有组装简单、成本低、运动灵活、抓取性能优异等特点,并且通过力/位混合控制方式实现了软冲击、精抓取的抓取模式,可在不同的应用场景下实现安全、有效、稳定的抓取,具有一定的应用价值。