与传统刚性夹持器相比,由柔性材料制成的软体机抓手具有良好的适应性和安全性,在医疗、救援、探测以及工业生产等领域具有广阔的应用前景。现阶段,软体抓手的研究仍处于探索阶段。科研人员提出的软体抓手虽然表现出了良好的适应性和柔顺性的特点,但普遍刚度较小,承载能力较弱。所以,本课题以变刚度软体抓手为研究对象,针对软体抓手的变刚度机理、结构设计、制作方法以及理论模型进行研究,提出了一种基于颗粒干扰的差分驱动变刚度软体机械抓手。对其结构设计、制造工艺、弯曲特性和刚度特性进行了深入研究,主要内容如下:(1)通过研究常见的软体机器人驱动方式和变刚度机理,本研究提出了一种差分驱动颗粒干扰的刚度调节方法,并基于此设计了一种双腔室变刚度软体驱动器。其中一个腔为空腔,可以通过气动膨胀实现驱动器的弯曲,另一个腔填充颗粒,两腔体之间由弹性薄膜隔开。两个腔体中的气压可以独立控制,通过控制两腔之间的气压差来调节颗粒腔中颗粒干扰的程度,从而实现对软体驱动器弯曲角度和刚度的动态调节。(2)分析了柔性材料的变形特征和纤维增强结构下软体驱动器的变形特点。基于本研究中所提出软体驱动器的两腔结构和特殊的控制方式,建立了气压驱动下描述单个软体驱动器弯曲特性和刚度变化特性的数学模型。为预测和控制所设计软体驱动器的变形和刚度提供了理论依据。(3)搭建实验平台进行软体抓手性能测试实验。通过抓取不同大小、不同形状的物体,验证了本研究中所提出软体抓手抓取不规则物体时良好的适应性和安全性。通过软体抓手承载能力实验,验证了本研究中所提出软体抓手具有良好的刚度调节能力。通过单个软体驱动器的刚度和弯曲角度测试实验,检验了描述单个软体驱动器弯曲特性和刚度变化特性数学模型的有效性,并分别分析了驱动气压、结构参数以及填充颗粒种类对驱动器刚度的影响。通过不同软体驱动器刚度和弯曲角度测试实验,验证了本研究中所提出软体驱动器在保持灵活变形的同时还能够具有较大的刚度调节范围。