机器人手爪作为机器人的终端抓持工具,是机器人领域的一个重要发展方向。仿人机器人手爪作为机器人手爪的一个分支,主要用在仿人形机器人上。近年来随着仿人机器人研究的升温,也诞生了一些仿人机器人手爪,或称为机器人灵巧手,但其中的大部分手爪虽能进行灵活的抓取和操作,却存在着驱动元件多、控制复杂、负载能力较差的不足。本文着力于设计一种既能实现灵活抓取,又要负载能力强且控制简单的仿人机器人手爪。论文的主要工作包括:机器人手爪的机械结构和控制系统设计;对精确捏取和包络抓取进行对比分析;对机器人手爪进行虚拟仿真和大量的抓取实验;最后对手爪结构进行模块化改造。本文在对欠驱动机构进行研究的基础上,采用仿生学原理设计了仿人机器人手爪的机械结构,降低了结构和操作的复杂性,同时实现了手爪对物体的精确捏取和包络抓取;采用对比研究的方法分析了精确捏取和包络抓取这两种抓取模式的静力学模型、抓取旋量空间以及抓取稳定性等;选用多种传感器、电机、驱动器及单片机等设计了机器人手爪的控制系统;并综合采用虚拟仿真和实验的方法验证了设计的合理性;从手爪的结构特点出发对其进行了模块化改装,降低了手爪的生产成本。该仿人机器人手爪具有控制简单、抓持力大、抓取适应性好等优点,通过应用在仿人机器人上,可以较好地增强仿人机器人的实用性,并在一定程度上拓展其应用空间。本文的研究得到了安徽省自然科学基金项目的资助,项目编号070414147。