专业护理人员短缺已成为医疗康复领域所面临的严峻问题之一。随着机器人技术日益进步,护理机器人应运而生。作为护理机器人末端执行器的仿生多指灵巧手,其性能直接影响护理机器人的工作能力。因此,开发低成本、灵活性高、重量轻的灵巧手已成为当今护理机器人领域研究的热点问题。本研究结合电磁技术和变胞机构思想,设计了一种基于关节约束的欠驱动五指仿生灵巧手,主要包括以下几个方面:为满足仿生灵巧手灵巧性与手指姿态可控性要求,依据仿生学和人机友好理论,采用模块化设计思想,提出一种可实现关节自由度单独控制的欠驱动五指仿生灵巧手设计方案,解决欠驱动灵巧手的关节耦合问题。分析各手指位置的布置方式及手指和手掌机械结构,设计无需拆装预紧的腱绳传动机构和手指旋转关节,解决绳驱式灵巧手的腱绳松弛问题。建立欠驱动五指灵巧手三维模型,为灵巧手后续分析与优化设计奠定基础。以所建立的灵巧手三维模型为基础,通过坐标变换,建立灵巧手全局坐标系与各手指基坐标系的映射矩阵,通过D-H法,建立各手指指尖坐标系与手指基坐标系的齐次变换矩阵,并求解手指的雅可比矩阵;利用蒙特卡洛法开展灵巧手单指以及整手的工作空间研究,获取灵巧手灵活性的评价指标;开展手指的静力学和动力学分析。搭建灵巧手手指关节约束结构的数学模型,以此为基础,利用ANSYS Electromagnetics软件,进行旋转关节的电磁仿真,获取旋转关节中衔铁与电磁铁的间隙、电磁铁安匝数等参数对电磁吸力的影响规律,优化关节约束结构。通过电磁吸力实验,验证电磁仿真的准确性和灵巧手关节约束能力的可靠性,为合理选取电磁铁提供了测试基础。利用Adams软件,分别进行规则物体和不规则物体包络抓取和精确抓取的仿真分析;利用灵巧手的样机,开展单指顺从能力和控制能力实验,验证灵巧手的关节约束能力、自我保护能力,开展灵巧手包络抓取和精确抓取实验,验证灵巧手设计的合理性、抓取的稳定性和动作的可靠性。本研究所开发的基于关节约束的欠驱动灵巧手,具有结构简单、制作成本低、动作稳定等特点,研究结果为实现护理机器人灵巧手的小型化、轻量化以及灵活稳定抓取提供了新的选择。