抓持机构作为服务机器人与非结构环境交互的一类关键使能部件,对提高和扩展服务机器人的智能化程度和应用范围具有重要作用。面向服务机器人对软体机械手的重要需求,本文通过创新变刚度结构,提出了一种兼具适应性抓持和变刚度能力的新型仿生软体机械手,研究内容主要涉及变刚度软体机械手的结构设计与分析、样机制造、实验验证、控制系统开发及自主抓持控制等。主要研究成果如下:1.变刚度软体机械手的仿生设计。探索穿山甲鳞甲结构增韧机理,利用鳞片宏观和微观上的摩擦互锁现象,将鳞甲结构转化为可制造的机械结构,实现了变刚度结构的仿生设计。基于非线性有限元仿真,提出了气动驱动器的结构优化方法,实现了末端抓持力的提升。以此为基础,提出了一种结构简单、刚度可变、抓持能力强且控制便捷的仿生变刚度软体机械手。2.变刚度软体机械手的制造与实验研究。考虑到超弹性材料的双组分加成特点,提出了一种软体分层制造方法,实现了刚-柔-软结构的一体化制造,搭建了软体机械手抓持平台。基于软件仿真与实验对比,建立了仿生变刚度软体机械手输入输出映射模型,借助变刚度结构,软体机械手在抓持时刚度提升了2.7倍,验证了仿生变刚度软体机械手结构设计的有效性。3.变刚度软体机械手的抓持控制。结合软体机械手变刚度抓持特点,制定了气路通断策略表,搭建了驱动-传动-传感一体化控制系统,定义了抓持失效判别标准,提出了自主抓持控制策略,通过不同质量物体的抓取实验,实现了控制参数自主调整,验证了抓持策略的有效性,为解决软体机械手自主控制的难题提供了新思路。本文研究成果对推进变刚度软体机械手结构设计,变刚度抓持控制系统开发以及变刚度软体机械手的实际应用均具有重要意义。