随着科学技术的快速发展,人们生活水平的提高,由于残疾人对假肢手康复工程的高度重视和人们急于从恶劣的工作环境中解放出来,近年来,科技工作者对机械手的研究取得一定的成果,研发出的拟人化机械手虽然能完成物体的抓取和操作,但存在通用性差、成本高、控制复杂等问题,在一定程度上限制了使用范围。基于用户需求、操作简单和低成本为设计的原则,研发一种成本低廉、控制简单、体积小、能够实现随形抓取的机械手很有必要。运用欠驱动原理,采用差动驱动机构,单一驱动电机,设计了一种结构简单、体积小、控制简单、成本低、具备随形抓取能力的拟人化机械手。该机械手能够实现各手指抓取力大小的自动控制,抓取物体时能够自动调整位姿和手指抓取力的大小。首先,通过对国内外机械手发展现状的分析研究,明确设计任务。通过驱动技术与传动机构方案应用的对比分析,确定了机械手的驱动方案与传动机构。其次,从仿生学以及解剖学的角度出发,分析了人手结构和功能特征,为随形抓取机械手的设计提供了可靠的设计参数和依据,并以此为依据,完成了随形抓取机械手的食指、中指、无名指、拇指以及手掌的详细结构设计。最后,根椐设计的随形抓取机械手的三维机构模型,利用D-H参数法建立了随形抓取机械手的运动学模型,根据已知各关节的运动参数,推导出了运动学正解方程,求出手指末端的相对参考坐标系的位姿;根据手指末端相对参考坐标系的位姿要求,推导出了机械手的逆运动学方程,求出了各个关节的运动参数;应用雅可比矩阵分析机械手速度与相应关节速度之间的关系;通过控制系统来实现关节运动所需的运动参数,进而实现机械手运动期望的位姿,为机械手的控制及实现抓取奠定了基础。