随着机器人技术的不断发展,传统的刚性结构机器人难以满足多样化的场景需求。软体机器人凭借着自身的材料和结构特点,具有较大的自由度,灵活性和安全性和良好的适应性等优势,在医疗、工业、救援、探测等领域的应用开始展露头脚。软体作为机器人学系统的一个分支学科,与刚性机器人互相补充。软体机器人的设计发展主要是模仿自然界动物开始,比如海星、章鱼、象鼻等。目前软体机器人的研究仍然处于起步阶段,驱动器普遍存在承载能力弱、刚度较小、变形方式单一、驱动器重复性差、控制精度低等问题。所以以可控螺旋变形软体驱动器为研究对象,针对驱动器的螺旋变形机理、结构设计、多种材料加工方法、螺旋几何性能模型和运动学模型进行研究,改善了驱动器控制精度较低,变形方式单一,驱动响应速度慢等问题,并且制作了软体抓手。研究的主要内容如下:本文通过研究常见的软体驱动方式和限制变形原理,提出了一种基于骨架限制层的可控螺旋变形的方法,并基于该机理设计了一种两层结构的螺旋变形驱动器。驱动器的第一层为柔性硅胶层,嵌入了尼龙拉线,当拉线驱动时硅胶层可以确保驱动器产生连续的弯曲扭转变形。第二层为骨架限制层,有链接卡扣和脊柱、骨架共同组成,由电机调整骨架偏转角度。最终实现驱动器的螺旋变形方向和角度的动态可控调节。分析驱动器的变形特征,将驱动器近似为常曲率连续变形,建立了驱动器的两个螺旋几何性能模型和一个运动学模型。一个是基于螺旋变形几何关系建立的螺旋几何性能模型,通过拉线位移和骨架偏转角度来描述驱动器的变形状态;另一个螺旋几何性能模型是基于能量学原理建立的,通过拉线的拉力和骨架偏转角度来描述驱动器的变形状态,驱动器的螺旋几何性能模型为驱动器的精确控制提供了理论依据。同时通过驱动器的几何关系,建立了驱动器的运动学模型,通过拉线位移和骨架偏转角度描述驱动器末端的位置姿态,为预测驱动器末端位置姿态提供理论基础。搭建了驱动器的试验平台,通过测试软体驱动器的在不同拉线位移、拉线拉力和骨架偏转角度条件下驱动器螺旋变形的半径和螺距的试验,与理论数据对比分析,得到了影响驱动器螺旋几何性能模型的因素,验证驱动器数学模型的有效性。通过驱动器在变形过程中的空间坐标偏差实验,验证驱动器运动学模型的合理性,并通过MATLAB仿真得到驱动器末端的工作空间。进行软体抓手的应用实验,通过对驱动器的螺旋变形的单独调节,分别测试了抓手夹取、抓握和旋扭动作,实现对规则物体、细长物体的抓取和瓶盖的旋扭,验证了本研究中提出的软体抓手的广泛适用性和安全性。