软体机器人以其较强的灵活性、更大的自由度等特点,在医疗、探测、救援等领域得到了广泛关注。与传统的刚性机器人相比,软体机器人可以通过主动变形改换不同的形态,使其具有更强的环境适应性;能够较好地模拟自然界生物的运动,进入许多人类所无法探索的环境中。气压驱动作为软体机器人重要驱动方式之一,气动软体驱动器的研究一直受到了广大研究人员的青睐。但是,现有的气动软体驱动器种类较少,且部分驱动器存在制作工艺复杂、驱动性能一般、负载小、控制要求高等问题。针对上述问题,利用折纸结构大折展比、快速变换的特点设计了一种基于折纸结构的气动软体驱动器,并采用驱动器研制了两款新型软体机器人。主要内容如下:为了提高气动软体驱动器的驱动性能,利用折纸结构大折展比的特点,将折纸结构应用于驱动器的应变层设计当中,使应变层具有折展拉伸和超弹性拉伸两种拉伸状态,从而提高应变层的拉伸量。给出了基于折纸结构的气动软体驱动器设计与制备方法,对应变层的应力应变关系与驱动器的几何变形进行了分析,分析表明,驱动器的弯曲角度与应变层的伸长量呈正比关系,说明将折纸结构作为应变层可以提高驱动器的弯曲性能。为了分析驱动器的驱动性能以及其结构参数对驱动器驱动性能的影响,建立了折纸型气动软体驱动器的力学模型与运动学模型,得出了驱动器末端输出力、弯曲角度与输入气压之间的关系,利用模型分析了驱动器的末端点位置、驱动器姿态,搭建实验平台测试了驱动器在不同气压下的末端输出力与弯曲角度。实验结果表明,驱动器末端输出力与输入气压的关系可近似为线性关系,在输入气压为0.1Mpa时,末端输出力可达9N;驱动器的弯曲角度与输入气压之间的关系近似为线性分段函数,输入气压为0.05Mpa时,弯曲角度可达250度,说明所建立模型具有较好地准确性。利用折纸型气动软体驱动器设计了一种气动软体抓手,并实现其自动抓取功能。该软体抓手由四个折纸型软体驱动器以及一个夹具构成,在气压作用下四个驱动器同时弯曲即可抓取目标。将软体抓手搭载在机械臂末端进行实验测试,实验结果表明:在抓握力实验中,输入气压为0.1Mpa时,最大抓握力为11.9N;在移动抓取实验中,可以对重量不超过2kg物体的物体稳定抓取,重量在2~3.5kg物体的适应性抓取,说明了所设计的软体抓手具有较好的抓取性能。利用激光矩阵定位技术设计了自动抓取方案,软体抓手可以实现对水杯、梨、火龙果、香蕉和豆腐等大小各异、表面复杂、硬度不同的物体的自动抓取功能,说明了自动抓取方案具有一定优越性。利用折纸型气动软体驱动器仿尺蠖运动规律设计了一种新型软体爬行机器人。该机器人由躯干和足部构成,利用驱动器模拟躯干的弯曲运动和前后足摩擦力差值的设计实现爬行运动。结合驱动器的运动学模型推导出机器人的步距与输入气压之间的关系,给出了运动控制参数并进行了运动实验。实验结果表明,软体爬行机器人在给定条件下单个周期的运动距离25.1mm,平均运动速度为13.9mm/s,说明了软体爬行机器人仿尺蠖爬行的可行性以及软体爬行机器人具有较好的快速爬行能力。