1.1 研究目的及意义

随着智能制造飞速发展,工业机器人作为一种先进的制造装备扮演着不可或缺的角色。通过对机械手的研究，改变了人力大小难以准确控制的难题，可以精确地控制力的大小来抓取物品，避免了对物品的伤害。由于需要完成各种各样的任务,机器人需要各种不同的末端执行器来完成物料的抓取。在食品包装、农业采摘等行业,对于柔软或酥脆物品的抓取一直是机器人技术应用的难点。如何使机械手自动检测物体信息和夹持力信号,准确地识别物体的软硬程度、重量、表面情况等信息,精确控制抓取力的大小,是目前国内外智能机器人研究的重点之一。

由于柔性机械手是模仿人手，它的五个手指和手掌的仿人机械手具有极强的功能和很高的通用性，因而它可以代替人手在很多场合下完成各类复杂和灵巧的操作。例如，机械制造，军事战备，医疗手术，设备安装，家务劳动等。

柔性机械手在现代工业中应用广泛。它模仿着人手的部分动作，按给定的程序，轨迹和要就实现抓取搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度，保证产品质量，实现安全生产；尤其在高温，高压，低温，低压，粉尘，易爆，有毒气体和放射性等恶劣环境中，他代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工，冲压，铸。锻，焊接，热处理，电镀，喷漆，装配以及轻工业，交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。柔性机械手作业的准确性和各种环境下完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

柔性机械手抓取模式，抓取能力和控制方法，是机械手的关键技术。对于多指机械手的抓取操作，需要进行深入的研究，对抓取位置，抓取方式和抓取控制等。需要注意的问题是最小力控制问题和数据采集精度问题，需要引入迭代算法对误差进行多次的改进。柔性机械手策略研究的主要指标有，可靠灵活操作方便，控制精度为1%，而且系统具有干扰的能力采取可靠的抗干扰措施。柔性机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。柔性机械手在现代手工业，工业和军事上应用非常广泛。而在应用中，对抓取力的大小控制是关键，所以在研究过程中引入基于力反馈的研究控制，通过加入力反馈能够更好的根据抓取物品的材质输出抓取力度，加上迭代算法，通过对此分析来减小机械手工作过程中针对不同物品力的大小的误差，最后达到标准（在误差范围内）。

1.2 国内外研究现状

柔性机械手具有高负载，自重比，低能耗，高速度，适于直接驱动等优点。气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单，重量轻，动作迅速，平稳，可靠，节能和不污染环境等优点而被广泛应用于汽车制造业，半导体及家电行业，化肥和化工，食品和药品的包装，精密仪器和军事工业等。现在汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。汽车的整套流程都是由气动机械手控制的，特别是高频率的电焊，力控的准确性以及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最具有代表性的气动机械手应用之一。气缸，气爪等在彩电，冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片，印刷电路等各种电子产品的装配流水线上都有很多的应用，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管，纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸（李国昌等，2018）。

在20世纪80年代，我国一些研究机构也先后开展了机械手的研究工作，北京航空航天大学机器人研究所先后研制了BH-1，BH-2，BH-3，BH-4四种型号机械手。哈尔滨工业大学研究所与德国宇航中心合作研制的新一代多指仿人机械手“HIT/DLRhand”及其改进型分别成功地在2004年第一届和2006年第二届慕尼黑国际机器人及自动化展览会上展出，目前研制出第三代灵巧手（童俊华等，2018）。

国外对柔性机械手的控制研究进行的比较早，进展也很快。20世纪90年代意大利研制的DIST手，DIST手具有16个自由度的四自由度灵巧手，每个手指有4个自由度，通过5个直流电机和16根键进行驱动，该手体积小，重量轻，易于安装在多种商用机械手上，该手完全模拟人手的结构动作，有1个手腕和五个手指组成，共14个自由度。NASA手拧螺钉照片，其外形与灵巧性比较接近人类的手。英国shadow机器人公司研制出了一种灵巧手，它是基于AirMuscle的一种机械手，是当今世界上最接近人手的机械手之一，具有24个自由度，可以直接完成人手到机械手的映射（Zhang jun et al,2014）。

柔性机械手的使用是现代企业自动化进程的重要组成部分，能实现加工动作的稳定性，减少人工搬运带来的偏差，对产品可靠性具有很大的意义。柔性机械手的优势有很多，如安全性高，从事一些高风险工作时，可代替人手完成；效率高而且产品品质稳定，降低产品不良率，等等。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上，技术上考虑都是十分必要的。因此，进行柔性机械手的研究是具有重要意义的。