高國華 董增雅 孫曉娜 王皓

摘? ?要：果實采摘是農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)過程中最耗時費力的環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)果實的良好抓取，本研究設計了一款結(jié)構(gòu)精簡、具有自適應性的柔性機械手。該機械手由柔性手指、氣動元件、手腕和底座組成，基于3D打印制作，裝配簡單。其中，氣動元件和柔性手指由柔性材料TPU和PLA打印而成，手腕為具有柔性的一體件打印而成;利用氣動元件的伸縮功能實現(xiàn)對手腕的驅(qū)動，帶動柔性手指自適應變形抓取果實。結(jié)合常曲率變形和D-H坐標法建立了單手腕的運動學模型。在此基礎上，進行了柔性機械手功能性驗證試驗和安全測試試驗。試驗結(jié)果表明，柔性機械手具有適應果實的形狀進行自適應抓取的功能，對表皮較為脆弱的果實沒有損傷;氣動元件滿足使用要求，可以完成對手腕的動作驅(qū)動。研究結(jié)果將為機械手柔性抓取結(jié)構(gòu)的設計提供參考價值。

關鍵詞：柔性機械手;3D打印;運動學;自適應;接觸力

中圖分類號：S233.4? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：201812-SA012

高國華， 董增雅， 孫曉娜， 王? ?皓. 基于3D打印的柔性機械手研制及試驗研究[J]. 智慧農(nóng)業(yè)， 2019， 1（1）： 85-95.

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1? 引言

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，水果產(chǎn)量巨大，2016年果樹種植面積超過1700萬公頃，年產(chǎn)量超過2億噸[1]。果實采摘是整個種植生產(chǎn)過程中最耗時費力的環(huán)節(jié)，人工勞動強度大、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)效率低[2，3]。因此，要想降低勞動強度和成本、提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，必須要通過發(fā)展農(nóng)業(yè)裝備的機械化和智能化[4]。

近年來，國內(nèi)外許多科研機構(gòu)和學者在采摘機器人方面進行了大量的研究。20世紀90年代，日本Kondo和Ting[5]利用四自由度的工業(yè)機械臂研制了番茄采摘機器人，但是只能采摘整串番茄。2017年，Yasukawa等[6]通過體感攝像頭的彩色與紅外信息融合實現(xiàn)果實的識別，開發(fā)了簡易的軌道式番茄采摘機器人樣機。2016年日本Yaguchi等[7]設計的番茄采摘末端執(zhí)行器，已實現(xiàn)精準定位采摘番茄，但采摘一個番茄需要80s。并利用雙目視覺搭建了番茄采摘機器人，可實現(xiàn)自然光下溫室淺通道內(nèi)的采摘作業(yè)，單果的識別采摘周期為23s。2016年，本古里安大學[8]也進行了甜椒采摘機器人的開發(fā)，并應用小型體感攝像頭實現(xiàn)果實的識別和定位。21世紀初，荷蘭研制的多功能黃瓜采摘機器人，利用紅外視覺識別系統(tǒng)探測黃瓜的位置[9-11]，在無人干擾的情況下自行采摘成功率達80%。2010年，日本研制了用于草莓收獲的采摘機器人[12]，采摘成功率為54.9%，自動包裝作業(yè)成功率97.3%。近年，歐洲學者基于機器視覺識別技術設計了自適應抓取結(jié)構(gòu)的采摘機器人[13]，實現(xiàn)了甜椒采摘的抓握和摘取。日本高知技術大學[14]也對甜椒機器人開展了研究，開發(fā)了三直角坐標機械臂和剪刀式末端執(zhí)行器的移動采摘機器人。國內(nèi)對采摘機器人的研究較晚，但發(fā)展迅速。2016年，上海交通大學[15]開發(fā)了三自由度機械臂的雙臂式番茄采摘機器人，提高了運動控制速度和工作效率。2017年，李長

勇等[16]研究了高架草莓采摘機器人，通過雙目視覺定位，成熟草莓的識別率達95%。江西理工大學設計了臍橙采摘機器人[17]，基于雙目視覺識別完成了果實識別和定位系統(tǒng)的搭建，華南農(nóng)業(yè)大學的熊俊濤等人設計了多類型水果采摘機器人[18]，實現(xiàn)了柑橘的定位采摘。可見，視覺系統(tǒng)和末端夾持器是果實采摘研究的重要組成部分。

傳統(tǒng)的末端夾持裝置與對象之間一般是剛性接觸，通過施加壓力以產(chǎn)生摩擦力，從而實現(xiàn)抓持功能。雖然結(jié)構(gòu)簡單，但當載荷增大時，這類夾持器只能單純采用增大接觸壓力、產(chǎn)生更大摩擦力的方式來提高抓持能力，從而對表皮脆弱的對象造成損傷。與傳統(tǒng)剛性機械手相比，柔性機械手具有質(zhì)量輕、體積小、速度高、負載能力強、能耗小、成本低等優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。

采摘過程中，由于果實的外表較為脆弱，抓取過程中容易造成損傷，所以抓取結(jié)構(gòu)需要具有一定的柔性[19]。國內(nèi)外對柔性機械手的結(jié)構(gòu)也已有了許多針對性研究。21世紀初，日本學者Noritsugu等[20]利用旋轉(zhuǎn)型氣動柔性驅(qū)動器制作了一種三指柔性手，可以實現(xiàn)柔性球的抓取。美國 Peter研制了番茄采摘機械手，利用吸盤和塑料軟管通過繩驅(qū)動實現(xiàn)抓取[21]。國內(nèi)鮑官軍等[22]以氣動柔性關節(jié)和扭轉(zhuǎn)關節(jié)為基礎設計了柔性三指柔性手，抓取過程具有良好的適應性和柔順性。徐淼鑫等[23，24]提出了一種剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的手爪方案，設計并制作了一種軟體驅(qū)動三觸手柔性手爪，可以實現(xiàn)對物體的抓持。金波和林龍賢[25]借助欠驅(qū)動原理研制了一款結(jié)構(gòu)簡單的末端執(zhí)行裝置，通過單驅(qū)動實現(xiàn)柔性手指抓取物體的功能。

3D打印是一種快速成型的加工方法，能夠快速成型復雜的結(jié)構(gòu)，既經(jīng)濟又節(jié)省時間，在機械手方面的應用也越來越多。2015年，Telegenov等[26]利用3D打印技術設計了一個夾持裝置，證明打印材料的剛度和強度都可以滿足要求。2017年，Mutlu課題組[27，28]基于3D打印技術制造了剛度可調(diào)的柔性手指，通過施加負壓帶動波紋管達到彎曲狀態(tài)實現(xiàn)對物體的抓取。2017年陸葉[29]利用3D打印對單臂輪式機器人的硬件結(jié)構(gòu)進行制造，實現(xiàn)了復雜的原型設計，縮短了開發(fā)周期。2018年傅思程等[30]設計了基于3D打印技術的仿人機械手，選用工程塑料ABS作為打印材料，通過魚線和皮筋實現(xiàn)手指的驅(qū)動。2018年，馬懷振等[31]采用3D打印并裝配了欠驅(qū)動末端夾持器，能平穩(wěn)地實現(xiàn)抓取功能。

綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，機械手結(jié)構(gòu)多種多樣[32-36]，柔性結(jié)構(gòu)在采摘機器人作業(yè)過程中至關重要。因此，本文基于3D打印柔性材料設計了一款結(jié)構(gòu)精簡、具有自適應性的柔性機械手，并以橙子等6種對象進行了抓取安全驗證，試驗表明該機械手實現(xiàn)了能夠自適應抓取對象，抓取過程中貼合狀態(tài)良好，為柔性抓取機構(gòu)的設計和研究提供了參考。

2? 柔性機械手結(jié)構(gòu)設計及工作原理

機械手具有良好的自適應抓取功能，主要由柔性手指和手腕保證自適應性?；谌嵝圆牧?D打印加工的機械手，質(zhì)量輕巧、裝配方便，不帶傳感器、控制簡單，采用氣壓驅(qū)動、動作迅速簡單，抓取果實后下落到中空通道內(nèi)，簡化了動作流程，提升了工作的高效性。

利用SolidWorks軟件進行了機械手結(jié)構(gòu)設計，如圖1所示，它主要由3個柔性手指、2種氣動元件、3個手腕和1個底座組成。柔性手指為三角形結(jié)構(gòu)，與手腕固連，間隔120°，分布在圓環(huán)狀的底座周圍。氣動元件包括抓取氣囊和吞咽氣囊。手腕設計為一體件，它的上、下兩部分均可彎曲。下部分安裝有抓取氣囊，上部分安裝有吞咽氣囊，在氣囊的驅(qū)動下進行彈性彎曲變形，當完成抓取后，手腕恢復至原狀。手腕頂端和柔性手指底端通過燕尾槽連接，裝配牢固可靠。柔性手指和驅(qū)動元件為TPU（熱塑性聚氨酯彈性體）材料打印而成，其余零部件均由PLA（生物降解塑料聚乳酸）材料打印而成。

氣壓驅(qū)動具有氣動成本低、氣源方便、動作迅速、安全可靠等優(yōu)點，是常用的機械手驅(qū)動方式，考慮到可將驅(qū)動源后置，使得作為機器人末端結(jié)構(gòu)的機械手質(zhì)量更加輕便。本研究設計了驅(qū)動手腕彎曲運動的抓取氣囊和吞咽氣囊等具有良好的靈活性和操作性的氣動元件進行機械手的抓取控制。抓取氣囊和吞咽氣囊協(xié)調(diào)驅(qū)動，帶動手腕彎曲，即通過柔性手指底部施加外力，利用力的可傳遞性和柔性體的變形，柔性手指發(fā)生彎曲變形，在橫梁的牽引下，柔性手指內(nèi)外兩側(cè)均發(fā)生彎曲變形，對球形物進行自適應抓取。

機械手的柔性主要通過柔性手指和手腕來保證。氣動元件具有良好的靈活性，能夠提供手腕彎曲的動力，手腕的彎曲與柔性手指協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)機械手抓取對象的功能。

抓取開始階段，氣泵通過真空發(fā)生器向抓取氣囊和吞咽氣囊充入負壓氣體，氣囊均處于壓縮狀態(tài)，柔性手指處于打開狀態(tài)。接觸作用對象進行抓取時，吞咽氣囊繼續(xù)充入負壓氣體處于壓縮態(tài)，而抓取氣囊則充入正壓氣體達到設定值后保持不變，此時帶動手腕下部分彎曲，使設置在底座上的各個柔性手指的下部聚攏，柔性手指聚攏后將物體夾持住，同時柔性手指進行自適應變形，這樣才能夠進行貼合包裹，不損傷果實，完成抓取功能。

3? 機械手運動學分析

利用D-H方法通過關節(jié)變量求解出機械手的笛卡爾坐標空間位姿[37]，是一種常用的研究機器人運動學的方法。通過依次變換可最終推導出末端執(zhí)行器相對于基坐標系的位姿，從而建立機器人的運動學方程。本研究按照D-H坐標系建立的規(guī)則，進行機械手的分析與求解。一方面驗證結(jié)構(gòu)設計的正確性，另一方面也是機械手理論分析、軌跡規(guī)劃的基礎。手腕下部分相對于底座存在一個轉(zhuǎn)動，手腕上部分相對于中間較厚的部分存在一個轉(zhuǎn)動，故整個手腕有兩個轉(zhuǎn)動自由度。以變形效果為依據(jù)，手腕不發(fā)生彎曲變形的較厚部分直接簡化成連桿，發(fā)生彎曲變形的兩部分簡化成常曲率圓弧，柔性手指直接簡化成連桿。

平面四連桿柔性機械手示意圖如圖2所示，連桿1長度b1，連桿2長度a，連桿3長度b2，連桿4長度l3。坐標系如圖所示，其中（x0，y0）為基礎坐標系，固定在基座上;（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3）、（x4，y4）為連體坐標系，分別固結(jié)在連桿1、2、3、4并隨它們一起運動。關節(jié)角順時針為負，逆時針為正。假定z0、z1、z2、z3垂直于紙面向外，運用D-H方法建立單手腕的運動學方程。

通過連桿坐標系可以得到柔性機械手的連桿參數(shù)，如表1所示。

經(jīng)D-H坐標法得到第i個坐標系相對于第i-1個坐標系的齊次變換矩陣分別為：

（1）

（2）

（3）

（4）

其中，T為變換矩陣，θ為旋轉(zhuǎn)角，（°）;a為連桿2的長度，mm;b1為連桿1的長度，mm;b2為連桿3的長度，mm。

由此可知，第4個連桿相對于基坐標系的變換矩陣為：

（5）

那么，連桿4末段點在基礎坐標系中的位置矢量為：

（6）

其中，L3為連桿4的長度，mm。

θ1234=θ1+θ2+θ3+θ4，θ123=θ1+θ2+θ3，θ12=θ1+θ2

即端點坐標為：

（7）

（8）

若b1為圓心角α1對應的弦長，L1為對應的弧長，b2為圓心角α2對應的弦長，L2為對應的弧長，由弦長公式得：

（9）

（10）

由平面幾何關系可以得到θ1，2與α1，2的關系：

（11）

最后得到柔性手指的端點坐標：

（12）

（13）

其中，

L1=42mm? L2=28mm? L3=102mm? a=60.67mm

假設給定關節(jié)變量α1、α2的值，利用上式就可以計算出柔性機械手的位姿。即通過抓取對象的大小確定關節(jié)變量的值，從而得到機械手的位置和姿態(tài)。

4? 柔性機械手試驗研究

4.1? 柔性機械手平臺搭建

柔性機械手的手腕、底座的打印材料為PLA，PLA可以提供足夠的材料強度;柔性手指、抓取氣囊、吞咽氣囊的打印材料為TPU，TPU可以提供足夠的彈性和柔軟性。以上兩種材料均是綠色可再生材料，能夠自然降解且重量輕[38]。

采用九悅卓飛公司生產(chǎn)的 X600 型3D打印機進行加工制作。首先利用SolidWorks2014軟件對需要打印的零件進行三維建模，另存為.stl文件導入開源軟件Cura14.07進行打印模式設置的準備工作。本研究設置的3D打印機參數(shù)如下：層高為0.2mm，外殼厚度為0.8mm，填充密度為40%，打印速度為60mm/s。為保證充足的層間黏連，打印溫度為210℃。但打印氣動元件的氣密性要求高，故設置層高為0.1mm，填充密度為60%。

組裝柔性機械手，并通過滑臺和鋁型材將其安裝在可實現(xiàn)全方向自由移動的四輪平臺上。柔性機械手在豎直滑臺上可以實現(xiàn)上下移動。

將測試目標對象置于左、右水平排列的相機正前方，兩相機中心點距離設置為120mm，實驗平臺示意圖如圖3所示。通過相機識別懸掛在橫梁上的抓取對象。

柔性機械手樣機的元器件包括氣管接頭和真空發(fā)生器。抓取氣囊連接的氣管接頭為直通氣管接頭PU-06。為了節(jié)省空間，減小手腕的尺寸，吞咽氣囊連接的氣管接頭為直角90°彎頭PV-06。氣動元件具有良好的伸縮性，充入氣體即可膨脹伸長;收縮需要真空發(fā)生器的協(xié)助。

對樣機進行抓取試驗之前，預先用細線繩將抓取對象連接在固定架上，通過雙目視覺系統(tǒng)獲得目標果實的世界坐標，機器人控制系統(tǒng)驅(qū)動機械手到達目標位置。然后，驅(qū)動元件運行，對位于正上方的目標果實進行抓取。利用Alied?Vision公司生產(chǎn)的Manta G-283B/C型號的相機試驗過程進行拍攝記錄，以觀察柔性機械手的變形情況。

4.2? 機械手柔性驗證試驗

機械手的柔性主要通過氣動元件和柔性手指來體現(xiàn)。本試驗以抓取橙子為例驗證柔性機械手的柔性抓取效果。抓取橙子的試驗過程圖4所示。

（1）如圖4（a）所示，抓取橙子時，吞咽氣囊充入負壓氣體處于壓縮狀態(tài)，抓取氣囊充入正壓氣體帶動手腕彎曲，使設置在底座上的各個柔性手指的下部聚攏，各個柔性手指聚攏后將物體夾持住，同時柔性手指進行自適應變形，完成抓取功能。

（2）包裹對象過程如圖4（b）所示，抓取氣囊持續(xù)輸入正壓氣體保持速度不變，吞咽氣囊充入正壓氣體，達到設定值。此時，柔性手指底端間距稍微變大，柔性手指指尖聚攏，使得柔性手指適應球形物發(fā)生變形，完成包裹。

（3）如圖4（c）所示，抓取對象下落，吞咽氣囊充入正壓氣體至設定值保持不變，減小抓取氣囊正壓氣體。此時，柔性手指的上部微微聚攏，柔性手指底端間距變大，抓取對象下落。

（4）減小吞咽氣囊正壓氣體，柔性手指打開恢復至氣囊自由狀態(tài)下。此時，抓取氣囊和吞咽氣囊均充入負壓氣體處于壓縮狀態(tài)，柔性手指處于打開狀態(tài)，如圖4（d）所示。

通過機械手抓取橙子的試驗可以發(fā)現(xiàn)，機械手與橙子接觸過程中，貼合狀態(tài)良好，柔性手指可以適應橙子的外形進行自適應變化，氣動元件變化靈活，操作方便。機械手可以順利實現(xiàn)對象的抓取、包裹和吞咽，說明柔性手指和氣動元件可以實現(xiàn)預期的變形，抓取完后柔性機械手又恢復至原態(tài)，滿足柔性設計要求。

4.3? 最大接觸力安全測試試驗

為了驗證在氣囊輸入最大壓力的時候，即設定抓取氣囊的壓力值為0.25Mpa，設定吞咽氣囊的壓力值為0.12Mpa時，柔性手指和抓取對象產(chǎn)生的接觸力是否會對抓取對象造成損傷，進行最大接觸力的安全性測試試驗。

本試驗采用薄膜壓力傳感器FSR402作為手指與抓取對象之間接觸力信號的檢測元件。選取6種表皮脆弱程度不同的抓取對象，直徑范圍在25～110mm之間，每種選取5個樣本，求取平均值。抓取對象參數(shù)如表2所示，測量抓取和吞咽過程中的最大接觸力。

按照柔性機械手的運動過程，對不同的球狀物體進行抓取吞咽測試。當抓取對象位于柔性機械手中間，僅在抓取氣囊充氣時抓取球形物體，當抓取和吞咽氣囊均充入正壓氣體處于伸長狀態(tài)，如圖5所示，可以發(fā)現(xiàn)柔性手指適應球形物發(fā)生彎曲變形，包裹效果良好。

抓取成功之后釋放球狀物體下落順利（無碰撞現(xiàn)象），并利用攝像機對整個過程進行拍攝記錄。每個對象抓取3次，拍攝3次，一方面為機械手的變形研究提供角度等數(shù)據(jù);另一方面為了仔細觀察每次柔性吞咽機械手的運行情況，同時，人工檢查吞咽后抓取對象的完好程度，對抓取吞咽效果進行評價。

通過樣機試驗結(jié)果表明，抓取對象下落到柔性機械手裝置內(nèi)部，抓取和包裹過程中柔性手指變形良好，氣動元件靈活，而且對果實表皮沒有造成損傷。

安全測試最大接觸力測量結(jié)果如表3所示。因為氣動抓取的過程十分迅速，接觸過程中變化較快，故直接求取抓取和吞咽過程中的最大接觸力，當抓取狀態(tài)穩(wěn)定后讀取數(shù)值，從而求得接觸力。在測試試驗過程中，可以發(fā)現(xiàn)對于番茄和網(wǎng)球直徑偏小的抓取對象，最大接觸力產(chǎn)生在抓取過程中;其余抓取對象的最大接觸力產(chǎn)生在包裹的過程中?？梢?，在抓取范圍內(nèi)，直徑偏小的抓取對象是否會造成破壞，主要關注點應在抓取過程中;直徑偏大的對象則主要關注包裹過程中。

由于試驗設定了抓取氣囊和吞咽氣囊的最大壓力值分別是0.25Mpa和0.12Mpa，也就是說此種狀態(tài)下機械手提供的接觸力大小相差不大，最大接觸力差值是接觸表面粗糙度、果實外皮韌性、直徑大小等造成。此試驗在抓取橙子的過程中產(chǎn)生的最大接觸力是1.98N。機械手與目標對象接觸的過程中進行自適應變形，其中脆弱的番茄表皮也沒有損傷，說明該設計基本滿足安全可靠設計要求。

從試驗中還可以發(fā)現(xiàn)，對于上述選取的抓取對象重量最大的是梨，但是最大接觸力卻是機械手與橙子接觸過程中產(chǎn)生的，這說明柔性手指在接觸過程中的變形不是簡單的線性變化，而是與接觸表面粗糙度、果實外皮韌性、果實的大小等因素密切相關的復雜的變形理論，有待進一步研究。

5? ?結(jié)論

基于3D打印技術設計了一款具有自適應抓取功能的柔性機械手，其結(jié)構(gòu)主要由柔性手指、手腕、底座和氣動元件組成。將手腕的柔性彎曲部分等效成常曲率圓弧，完成了單手腕四桿的運動學分析。

搭建了柔性機械手抓取測試試驗平臺，進行功能驗證試驗，并選擇6種代表性球狀物體為例對抓取性能進行了安全測試。試驗結(jié)果表明，機械手可以按照預期設計完成與抓取對象的良好貼合抓取，保證了果實表皮完好無損，抓取過程安全可靠，滿足設計要求。

基于3D打印的柔性機械手及自適應抓取，使得抓取對象的效果越來越優(yōu)化。3D打印是研究柔性機械手的一種很有價值的方式。借助3D打印制造的柔性更高、通用性更強的機械手將對柔性機器人及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域的發(fā)展起到促進作用具有參考價值。

對于機械手不同角度抓取對象是否牢固可靠，是下一步的研究內(nèi)容;對于抓取過程中的柔性變形理論有待進一步分析。

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Development and test of a flexible manipulator

based on 3D printing

Guohua Gao， Zengya Dong*， Xiaona Sun， Hao Wang

（College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology， Beijing University of Technology，

Beijing 100124， China）

Abstract： With the development of computer and automation control technology， robots have gradually entered the field of agricultural production. The application of agricultural robots can improve labor productivity， product quality and working conditions， solve the problem of labor shortage， and promote the intellectualization of agricultural production process. Fruit harvesting is the most time-consuming and laborious part of agricultural production. Since the skin of fruit is relatively fragile， it is easy to cause damage in the process of grasping. Therefore， some flexibility is necessary for the grasping device. As the end of the picking， robot directly acts on the part of the grasping object， the manipulator has attracted more and more attention of scientific researchers because of its light weight， small size， low energy consumption， high flexibility and low cost. Manipulator is the core component of robot， which is installed on the end of picking robot and acting on the object directly. In order to improve universality and flexibility， reduce the damage to the fruits， and shorten the design cycle， the flexible manipulator with simple structure and self-adaptive function was designed to achieve favorable grasp of fruits. The manipulator developed based on 3D printing has the advantages of rapid prototyping， low experimental cost and easy to assemble， etc. Flexible manipulator consists of flexible finger， wrist， base and pneumatic components. Its general action process is opening， grasping， moveing and putting down. However， flexible manipulator combines the two processes of moving and putting down into swallowing， which reduces the execution of the motion and improves the grasping performance and efficiency of the manipulator. Pneumatic components and wrist were printed from flexible materials and the material is thermoplastic urethane and polylactic acid respectively. The wrist is an integral part with flexibility. The use of pneumatic components can achieve the wrist bending， driving flexible fingers self-adaptive deformation to grasp the fruit. The manipulator is placed on the vertical sliding platform of the four-wheel platform， which can move up and down， and the four-wheel platform can move freely in all directions. The single wrist has two rotational degrees of freedom. The kinematics model of single wrist was established by combining constant curvature deformation and D-H coordinate method. On this basis， the functional validation test and safety test of flexible manipulator were carried out. In the safety test， the thin pressure sensor was used as the detection element of the contact force signal between the finger and the grasping object. The experiment results show that the pneumatic components of the flexible manipulator meet the design requirements and the driving wrist is flexible. The manipulator has certain flexibility， and can adapt to the shape of the fruit for self-adaptive grasping. The self-adaptive grasping effect of the manipulator is remarkable， and the fruit skin is intact. Moreover， the flexible manipulator has a favorable self-adaptive function based on the structural design and the complexity of the control system is deduced. In addition， it will provide reference for the design of the flexible grasping mechanism.

Key words： flexible manipulator; 3D printing; kinematics; self-adaptive function; contact force