随着机器人技术的快速发展,自动化技术也越来越多地应用于食品加工领域。但是,对于食品行业操作对象柔、脆、易损,形状、尺寸及质量差异较大等问题,目前现有的机器人末端执行器很难实现较好地抓取。另外,随着机器人多指手的不断发展,抓取规划问题也逐渐成为了研究的热点。国内外学者提出了多种抓取规划方法,但是目前这些方法在实际应用方面都具有一定的局限性,且计算较为复杂。为此,本文通过仿生学原理,设计了一种机器人自适应柔性变掌多指手,并提出了基于柔性变掌多指手的FAPH抓取规划算法。通过变掌机构的构型变换,可以适应各种形状、尺寸差异较大的物体;利用软体手指的柔顺性,可以满足各种柔、脆、易损物体的抓取需求;通过FAPH算法,可以计算出物体最优抓取点的个数与位置坐标。既提高了机器人多指手的抓取质量和适应性,又降低了其抓取规划和控制的难度。本文的主要工作内容如下:(1)使用“解耦”的方法将柔性变掌多指手分为变掌机构和软体手指两部分进行研究:通过对人手的仿生机理分析,设计了一种仿人手掌的变掌机构,具有6个自由度,可以利用构型的变换来改变工作空间和抓取点的位置;根据对人手指的分析,选取了现有的结构方案与制作方法来制作软体手指。(2)对变掌机构进行运动学分析,通过建立数学模型分析当利用二指、三指、四指抓取物体时变掌机构的构型如何变换。利用Matlab分析了单个软体手指的运动轨迹以及利用多个手指抓取物体时的工作空间,经过分析对比,说明变掌机构极大地增加了多指手的工作空间,并且使得软体手指可以到达空间的大多数位置,明显提高了多指手的适应性。(3)通过实际抓取需求分析,提出了柔性变掌多指手利用二指、三指、四指抓取物体时的稳定性评价指标,并基于该指标,提出了适用于柔性变掌多指手的FAPH抓取规划算法,可以计算出物体最优抓取点的个数及位置坐标。通过实例计算,进一步阐述了算法的具体过程。(4)设计了柔性变掌多指手的控制系统,包括气路控制、机构控制等。对控制系统中的主要硬件模块进行了选型,并开发了控制系统的软件,包括基于PC及树莓派端的上位机软件,以及可以测试软体手指性能的人机界面。(5)进行了柔性变掌多指手的样机实验,包括实验平台的搭建、变掌机构的构型变换实验、FAPH抓取规划算法实验,并选取了23种形状、尺寸及质量等不同的物体进行了抓取实验。通过实验,验证了变掌机构的构型规划和FAPH抓取规划算法的可行性与有效性,并且检验了柔性变掌多指手对不同物体的适应性及抓取的稳定性。结果表明,柔性变掌多指手的抓取能力和适应性以及控制系统达到预期设计要求。