通过对机械手臂原理、柔性材质变形机理、智能控制等的研究，设计出一款气动柔性机械手，其中气动柔性机械手的单一爪手（装配有3到4个气动手指）即可以抓取不同尺寸、形状和重量的水果（草莓等）。将智能自动化引入了传统机械爪手难以适用的抓持目标不统一的领域。柔性爪手具有柔软的气动“手指”，能够自适应地包覆住目标水果，而无需预先知道其准确的形状、质量和尺寸。而且由于其整体由柔性材质构成，抓持动作不会对水果（草莓等）造成任何损伤，尤其适用于采摘易破碎或易划伤的水果。
其中气动柔性机械手的的关键手指部件及参数：
• 抓持重量：≤300g
• 重复精度：0.2mm
• 抓持响应速度：1s
• 建议工作节拍：≤ 30次/分钟
• 标准工作寿命：300万次
• 驱动：清洁空气
　  该款气动柔性机械手手臂可以巧妙的对水果和蔬菜进行采摘，并且可以将那些放在仓库中的水果和蔬菜进行打包，一旦该机器人通过测试，在市面上得到广泛的应用，将有效的替代人工劳动力，极大的节约人工成本，为公司带来巨大的效益。
　　该款气动柔性机械手手臂是由一种可弯曲、折叠的新型材料构成的，其工作原理主要是通过调节这种材料内部的空气压力来抓取东西，该工具可以有效的替代大量的人工劳动力，节约资源和成本。
　　该“柔软”机器人手臂的唯一的控制组件就是空气的压力，当空气流入机器人手臂时，机器人的手指、手掌以及拇指不断调节自身的形状来适应物体的形状，从而能够实现在不损坏水果（草莓等）的前提下抓取水果。
　　机器人手臂的致动器被安装在印刷支架上，通过空气在机器人手臂的特定区域的流动来推动其做出相应的运动。这一举措简化了控制步骤，使得环境以及资源得到更加有效的利用。

2. 设计方案

本团队设计的气动柔性机械手水果采摘辅助套装研究主要内容在于：

欠驱动机械系统控制、气动动力、气动人工肌肉、整体机械结构设计等。

欠驱动机械系统控制：

相对于全驱动机械系统，欠驱动机械系统不仅成本低、能耗少，而且具有质量轻、结构紧凑、活动灵活等特点。欠驱动机械系统是一类控制输入个数少于自由度个数的非线性系统，即系统的控制输入维数要少于系统位形空间的维数。欠驱动机械系统控制方法非常适合应用在本项目仿生多自由度气动柔性机械手上。

气动动力：

气压储能的效率高、能量比高、可靠性高，具有较好的经济效益。在某些特殊的环境中，如在军事场合等环境中，不使用电力驱动可以减少散发电磁辐射的量，从而增加作业的隐蔽性和伪装性；在野外设施维修等缺乏电力供应的环境下，使用气动动力的优势随即展现。

气动人工肌肉：

通过使用柔性材料和弹性材料（弹簧等）制成的由气压控制的收缩装置。气动人工肌肉由外部提供的压缩空气驱动，作推拉动作，其过程就像人体的肌肉运动。它可以提供很大的力量，而重量却比较小，最小的气动人工肌肉重量只有10g。气动人工肌肉会在达到推拉极限时自动制动，不会突破预定的范围。多个气动人工肌肉可以按任意方向、位置组合，不需要整齐的排列。

整体机械结构：

设计使用气体压强值的大小来控制的单个机械手指的活动，设计使用多指多关节并联的活动机构以实现多自由度，设计使用高配合的、一体化程度高的、符合人体工程学及工业需求的整体仿生外壳，并最终形成将多种新技术融为一体的仿生气动柔性机械手水果采摘辅助套装整体机械结构。

1、结构阐述：

仿生多自由度气动柔性机械手，包括：1.机械手骨架2.空气压缩机（或高压气瓶）3.欠驱动控制装置4.气动人工肌肉5.气囊6.柔性角键7.柔性输气管道8.stm32控制器及其它硬件。

单个气动柔性机械手指：

作为机械手最关键的手指部分，主要由机械骨骼和气动人工肌肉组成，单个手指中的3个关节并不采用全驱动的方式，而是通过一系列的气动人工肌肉的活动，进行欠驱动的控制方法，使得单个机械手指能够像人类的手指一样，具有一定的韧性和强劲的力量，使之适合抓握不同尺寸、形状的物体。

3. 研发团队

王凯甬，郑州大学机械工程学院2016级本科生，团队项目负责人；

秦刘通，郑州大学机械工程学院2016级本科生，机械结构设计；

游韩，郑州大学电气工程学院2017级本科生，硬件程序设计及调试；

李志洋，郑州大学电气工程学院2015级本科生，整体硬件搭建；

龙伟，郑州大学电气工程学院2016级本科生，软件上位机程序设计；

4. 所获成果

2018年第八届全国大学生机械创新设计大赛（河南赛区）一等奖