传统刚性机器人刚度较大,非结构化环境下适应能力差,灵活性低,自由度较小,设计结构复杂,工作空间有限。研究人员从自然界生物中获得启发,设计出一种新的机械装置——软体机器人。软体机器人在科技创新方面取得了重大的技术突破,由于其具有很大的变形能力,因此结构本体可以在有限的空间内连续变形,模仿生物进行连续运动,并根据环境的特点改变其形状。软体机械臂是一类典型的由软材料制成的连续体机器人,其仿生原理来源于章鱼触须、象鼻及哺乳动物舌头等软体生物组织或器官,主要由柔性材料制作而成,具有灵活的结构和较大的自由度,并且可用于探索不平坦的地形。与刚性机械臂相比,软体机械臂具有许多潜在的优点,如能够与环境进行交互作用的同时保持稳定。软体机械臂虽然具有多自由度和环境适应性好的特性,但目前软体机械臂的建模方面还存在许多难题,以至于不能大规模应用在高精密操作中。其中两个比较突出的问题分别是运动学建模和负载特性分析。本文针对软体机械臂硅胶基体的非线性力学特征,提出了一种基于Neo-Hookean超弹性体模型的变曲率运动学建模方法。结合材料力学等相关知识对软体机械臂进行静力学分析,并在全局坐标系下通过D-H建模方法得到了软体机械臂的位姿。设计制作了软体机械臂样机并且搭建了相应的实验台,通过图像处理的方法得到运动学位姿,并且通过仿真和实验验证了模型的有效性。本文的主要内容及创新点如下:一、考虑软体机械臂环境接触约束,本文提出了一种基于接触点曲率分割的软体臂运动学建模方法,其建模方法主要是将软体机械臂视为许多个离散段的圆弧构成,并通过D-H建模方法得到软体臂整体的位姿关系。二、通过静力学方程计算软体机械臂不同状态下的特征参数,其中主要包括软体臂位姿和每一个离散段的受力情况,即能够实现不通过传感器获得所受接触力大小和方向,建立的静力学模型能正确预测软体机械臂的抓取特性和负载特性的变化规律。三、搭建软体机械臂试验系统,对软体臂采用液压驱动能够准确且实时驱动软体机械臂。实验过程中对软体机械臂的位姿进行提取,得到软体机械臂不同运动状态下的变化情况。通过六轴力传感器,采集接触环境下软体机械臂所受接触力,完成了接触实验和抓取负载实验,验证了模型的正确性。