开发新型驱动器对机器人特别是微型机器人有很重要的意义，高聚物凝胶驱动器是新型智能材料驱动器的一种。高分子凝胶直接将化学能转变成机械能，从这一角度上看，它最接近于人与动物的肌肉，成为最具有仿生意义的驱动器。本文研究的就是高聚物凝胶驱动器及其在机器人中的应用。研究工作包括以下四个方面内容。 首先，在聚丙烯腈(PAN)凝胶筋肌制备方面：PAN凝胶制备有交联和皂化两大步骤。以凝胶的收缩率最大为目标，通过大量试验，比较得到了理想的制备条件；为了建立动力学模型，进行了动态参数(储能模量E′，耗能模量E″，内耗正切tanδ)的测定，得到了E′，E″与激振频率的关系，总结得出低频时不同pH值下筋肌的E′，E″，并用多项式进行了数据拟合；为了得到负载条件下机械性能更好的筋肌，以负载下凝胶筋肌收缩率最大为目标，通过大量试验，结合理论分析，进一步优化了皂化时间；输出机械功的大小是凝胶筋肌驱动器的重要指标，从最大化筋肌输出机械功的角度，实验得出肌筋承受的单位面积最佳负载；得到了最佳负载条件下，pH值与筋肌伸缩率的关系曲线，该曲线可以用于基于pH值的驱动器位置和速度控制。结合凝胶变形的微观机制，初步给出了理论解释。 其次，在凝胶变形微观机理和宏观模型方面：根据Flory的凝胶溶胀理论，从化学势、渗透压的角度导出了凝胶溶胀的表达式，定性解释了PAN凝胶的膨胀和收缩行为，与观察到的凝胶2001年上海大学博士学位论文伸长和收缩现象一致;得到了离子型高分子凝胶体积应变与pH值的关系表达式以及对应曲线表示，理论上证实了PAN在酸中收缩，在碱中膨胀的道理。通过调节高分子溶液中的离子强度，能得到凝胶的体积应变与pH值呈单调关系的PAN凝胶，大大提高了PAN凝胶的控制性能;利用凝胶电收缩一维毛细管模型，求出了EMC(电一机械一化学)凝胶溶胀过程中的凝胶重量随时间变化的关系;用大变形理论得到了该凝胶弯曲变形曲率的表达式，包括PH值和电场作用的机制;从宏观角度考察，交联的高聚物的应力松弛不会到零，所以可以用三元粘弹性模型模拟PAN凝胶筋肌。 然后，在凝胶驱动器于机器人上的应用方面:根据仿生学原理，设计了两种简单并联形式的、用凝胶筋肌驱动的手腕机构，它丰富了并联机器人的类型，可供结构类型优选的进一步研究;迄今为止，研究人员还没有得到一般形式Stewart并联机构正运动学的解析解，这里通过适当的简化，解决了一类简单的串并联机构的位移正问题，得到了完全的解析解，便于串并联机器人的实时控制;用拉格朗日方法对手腕并联机构进行了动力学分析，导出了不含约束反力的封闭动力学完整方程，结合凝胶筋肌本身的动力学模型，就得到了整个系统的用于实时控制的动力学模型;用8031单片机简单扩展系统实现了为手腕机构系统自动送酸碱的功能，替代了原来的手动操作，为将来的速度或位置伺服系统做了基本准备。将凝胶驱动器与工业应用结合在一起，探讨了面向工业管道的管内移动机器人的可能性;由于采用了蠕动方式，本爬行机器人系统实际上是一个可移动的驱动器，进一步研究后可用于机器人操作手。 最后，在凝胶驱动器控制方面:给出了爬管机器人速度控制 高聚物凝胶驱动器及其在机器人中的应用系统布置图，为后续研究工作提供了基础;对爬管机器人系统的数学建模进行了初步的分析，并得到了基于PH值的速度控制方程;提出了几种适宜的控制方案，包括数字PID控制(或改进PID算法)、智能控制方法(模糊逻辑神经网络)、鲁棒控制方法(变结构控制方法)。 国际上首次发现高聚物凝胶的驱动效应已有50年的历史，但由于种种原因，进展并不快。而在国内，主要限于对高分子材料结构、变形机理等方面的理论研究，本文首次从高聚物凝胶驱动器及其驱动机构的角度开展研究，通过了国家863计划和上海市科委组织的验收和鉴定，填补了国内该领域的空白，成果接近国际先进水平。