机械手的应用场景日益复杂化和抓取目标的日趋多样化,对机械手的形状适应性和负载能力提出了更高的要求,纯柔性或者刚性机械手往往难以满足使用要求,因此刚柔耦合机械手被设计出来。本文提出了一种基于waterbomb折纸机构的刚柔耦合气动机械手,利用传感器和气动控制系统实现抓取、识别物体的功能。得益于一定的柔性和waterbomb的多自由度特点,机械手具有很强的形状适应性,而刚柔耦合的设计提高了机械手的负载能力,柔性压力传感器使得机械手具有物体识别功能。针对刚柔耦合机械手的功能需要进行机械手的构型设计与建模。分析waterbomb折纸机构的特点,确定了waterbomb折纸机构的设计参数。基于DH参数法和对称折叠假设,推导waterbomb的运动学模型,利用Rhinoceros软件建模并测得机械手的工作空间,并基于建模结果设计刚柔耦合机械手。根据设计结果,对机械手进行自由度分析和力学特性分析。将waterbomb折纸机构等效为闭环机构来分析其驱动位置,得到驱动布置规律,并通过Adams仿真验证。基于螺旋理论推导一个waterbomb单元折叠时的反作用力,利用Abaqus仿真应力情况,并将其应用于刚柔耦合机构的设计。设计了适用于该机械手的柔性传感器与气动控制系统。压力传感器用于测量抓取力和机械手的变形情况,模糊自适应PI控制系统用于控制机械手的内部气压和抓取力。基于传感器和控制系统,设计了多个传感器的布置方式和物体识别系统,从而使机械手具有物体识别能力。进行了机械手的形状适应性实验、负载能力实验和物体识别实验,对传感器、控制系统和机械手的性能进行了验证。实验结果表明,刚柔耦合机械手能够抓取不同形状的物品,同时负载能力比柔性机械手更强,并能利用抓取不同物体时传感器的响应数据实现物体识别。因此,传感器与控制系统的效果良好,机械手形状适应性较强、力感知精度较高,同时具有较强的负载能力和一定的物体识别能力。