离子聚合物金属复合材料（Ionic polymer-metal composites,IPMC）是一种可在低电压激励下发生响应的柔性电活性致动材料,具有力重比大,水下工作稳定、无噪音等特点,但位移和阻挡力低的缺点限制了其在机器人领域的推广。因此,IPMC机电性能的提升对其在仿生机械手、机器人,医疗康复等领域的应用有着重要意义。本文主要开展基于大孔多层IPMC驱动器的仿生柔性机械手设计研究,研究内容如下:首先,本文以将IPMC应用于水下核电机器人的仿生柔性机械手为目的,根据机械手目标需求,提出一套IPMC性能提升方案。利用溶液浇铸法将通过对流自组装法得到的有序阵列的Si O2球引入掺杂多壁碳纳米管MCNT)基底膜内部,得到大孔多层的IPMC。为验证改进方案的合理性,制备不同类型的IPMC驱动器与之对比,并利用多种表征手段对其结构、形貌、组分进行研究。分析结果表明:该驱动器电极形貌良好,MCNT与大孔均匀分布在基底膜内部,且各层之间没有明显的界限。其次,通过搭建IPMC机电性能测试平台,研究了所制备IPMC在交流电场下电压和频率对IPMC致动规律的影响,得到驱动电压与机电性能之间的关系,并与直流电场下IPMC的位移、阻挡力、响应时间作对比,实验结果表明:位移和阻挡力在一定范围与驱动电压成正相关;随着频率的增大响应速度得到提高,但位移和输出力有所降低;在5 V 0.15 Hz的激励下有较好的机电性能,但相对于直流电场下的性能、响应速度较差。总体来说,碳纳米管的引入提高了驱动器的力学、电学、机电性能,而大孔结构延长了驱动器在非结构化环境下的工作时间。并通过有限元方法建立了IPMC位移预测模型,利用ANSYS对驱动器的位移进行了仿真验证,有力的验证了该模型的正确性。最后,本文以性能提升后的IPMC驱动器为基础,通过对人手生理结构和运动机理的研究,设计了基于改性IPMC的五指仿生柔性机械手,并通过Workbench对其进行静力学分析。从接触力学的角度确定手指的接触模型,分析机械手实现稳定抓取的必要条件。该机械手具有14个自由度,具有良好的柔顺性和自适应性,可实现平行抓握和相交捏取两种抓取姿势,在抓取尺寸较大,形状规则的物品时表现的更为稳定,其最大抓握重量为5.5 g。