软体机器人是当今机器人技术的新兴热点和发展前沿,随着机器人技术的不断发展,各类型软体机器人被设计开发并在很多领域得到应用。其中软体爬行机器人是软体机器人的主要研究方向之一,其通过模仿自然界中软体生物的运动方式来实现爬行运动,能够以自身变形的方式通过狭小的空间,具有其他运动形式软体机器人不具备的优点和独特性。但是目前开发的软体爬行机器人大多存在制造工艺落后、驱动结构简单、运动方式单一以及环境适应性较差的问题,因此有必要对软体爬行机器人的制造方法、驱动结构以及运动方式进行研究分析。本文针对软体爬行机器人制造工艺落后的问题,基于传统熔融沉积式(FDM)3D打印平台,研究搭建了能够打印软体机器人本体的柔性丝材3D打印平台;基于墨汁直接写入式(DIW)3D打印平台,研究搭建了能够打印软体机器人本体及驱动结构的硅胶材料3D打印平台。针对软体爬行机器人驱动结构简单、运动方式单一的问题,设计制造了一种多驱动器软体机器人。针对软体爬行机器人环境适应性较差的问题,设计制造了一种多运动模式软体机器人。同时针对本文设计的两种气动软体爬行机器人,建立了相关数学模型,并应用Abaqus软件对软体机器人的驱动结构进行了仿真分析。最后,设计了相关爬行运动实验,验证了软体爬行机器人结构设计及控制方案的可行性。本文具体研究内容如下:(1)针对软体爬行机器人制造工艺落后的问题,基于FDM式3D打印平台,通过研究柔性丝材的材料特性和打印工艺参数,设计搭建了能够打印软体机器人本体的柔性丝材3D打印平台;基于DIW式3D打印平台,通过研究硅胶系列材料的成型原理,设计搭建了能够打印软体机器人本体及驱动结构的硅胶材料3D打印平台。最后,利用搭建好的两种软体材料3D打印平台进行了相关软体材料的3D打印实验,验证了该3D打印平台的可行性。(2)针对软体爬行机器人驱动结构简单、运动方式单一的问题,通过参考自然界中虎甲幼虫的生理结构和运动形态,设计制造了一种仿虎甲幼虫的多驱动器软体机器人。该软体机器人由气压驱动,具有多种运动方式,能够很好地模拟虎甲幼虫的爬行、转向以及咬合等运动。针对软体爬行机器人环境适应性较差的问题,设计制造了一种多运动模式软体机器人。该软体机器人具有多种运动模式,可以在复杂环境中自适应地完成爬行、跨越以及攀登等多种运动,具有良好的环境适应性。(3)基于软体机器人的运动特征和力学特性,采用Yeoh模型描述软体驱动器受力变形时的非线性力学行为,建立了多气囊式软体驱动器的弯曲膨胀模型;基于软体驱动器的受力分析结果,建立了纤维增强式软体驱动器的径向约束模型,为软体机器人的动力学和运动学建模建立了基础。同时基于软体驱动器的力学特性,应用Abaqus仿真软件对多气囊式软体驱动器和纤维增强式软体驱动器进行了气固耦合的仿真分析,研究分析了软体驱动器在不同气压下的弯曲特性,为软体机器人驱动结构的进一步优化以及软体机器人爬行运动实验提供了理论支持。(4)基于软体机器人的运动方式和气动控制策略,设计搭建了一种通用气动控制平台。基于该气动控制平台设计了多驱动器软体机器人捕捉小红果的实验,实验验证了多驱动器软体机器人结构设计的合理性以及运动控制方案的可行性。同时基于气动控制平台,研究设计了多运动模式软体机器人的闭环控制系统,并在复杂环境中进行了软体机器人的爬行实验,验证了多运动模式软体机器人在复杂环境中的适应性。