作为农业大国,我国每年都会生产大量的农副产品,繁重枯燥的分拣工作耗费了极大的人力物力,人们希望可以开发出一种能够抓取形状各异、大小不同、表皮薄弱容易损伤物品(例如瓜果,蔬菜,禽蛋)的机械手,代替人类完成这种简单的体力劳动。传统的工业机械手在高负荷单一物体的抓取上发挥了巨大作用,但是对于形状和尺寸变化较大,材质易变形、易碎的复杂抓持对象的抓取与分拣,却束手无策。本文为了解决这一难题提出了变截面板弹簧骨架机器人末端抓持器,该抓持器以对称梯形和抛物线形板弹簧为柔性关节骨架,采用笔形气缸为驱动器,通过刚性铰链传递运动与力,使得抓持器既保证足够的抓持力,又对抓持对象表现出较好的柔顺适应性。本文首先重新研究了驱动载荷下等截面板弹簧骨架柔性关节的变形,建立新的变形协调方程,修正力学模型,采用龙格库塔法和序列二次规划法对关节变形进行求解得到板弹簧骨架自由端的变形参数值与载荷。将集中载荷与弯矩加载到骨架自由端,在ANSYS中模拟变形,从而求解出板弹簧上任意位置的应力,绘制应力曲线,进一步验证等截面板弹簧应力分布的正确性。根据应力曲线呈抛物线形分布,为了节省能源增强关节的柔顺性设计出两种板弹簧骨架的形状(对称双梯形与抛物线形),得到变截面板弹簧骨架柔性关节。随后将柔性关节组合成变截面板弹簧骨架机器人末端抓持器,并进行三维模型设计。然后对变截面板弹簧骨架柔性关节在驱动载荷下的变形进行详细分析。柔性关节中板弹簧的大变形可以等效为悬臂梁大挠度变形问题,但是由于截面和驱动载荷的非线性变化,使得该模型比较复杂。首先建立静态力学模型,然后采用配置法,借助MATLAB编程,求解出变截面悬臂梁在非线性变载荷作用下大挠度变形参数,并与等截面板弹簧骨架柔性关节对比,得出变截面板弹簧骨架柔性关节有着作用空间广,需要较小的驱动力,节省能源的优点。在明确了柔性关节的变形特性之后,转而研究由等截面和变截面板弹簧骨架柔性关节组成的抓持器在驱动载荷和抓持负载共同作用下的抓持特性。首先分别建立静态力学模型,求解稳定抓持力作用下需要的气缸压强,为实际应用提供依据。然后研究抓持器对不同直径抓持对象的适应性抓取,绘制板弹簧变形曲线,得出该抓持器有着较为广泛的作用范围,无需传感器精确反馈,即可完成对多种大小不一形状各异物品抓取的工作。最后测定实物变截面板弹簧骨架柔性关节的变形位移,通过实验验证变截面板弹簧骨架柔性关节静态模型与数值计算方法的正确性。