与传统的刚性机器人相比,软体机器人由柔性材料构成,理论上具有无限自由度,能被动柔顺变形以适应非结构复杂环境,与操作对象接触友好且易实现多功能性,在微创、康复、助残、探测等方面具有广阔的应用前景。目前,软体机器人研究仍处于起步阶段,在功能材料、柔性传感、动力学建模与仿真、控制等方面仍存在众多问题亟待解决,开展相关理论与技术研究具有重要意义。结合机器人国家重点实验室软体机器人技术研究自主课题,研制了一种充气式软体弯曲变形模块,具有全向弯曲性能,多个模块组装成软体机器人系统完成避障、抓取等任务。首先,设计了一种新型充气式软体全向弯曲变形模块。单个模块沿周向均布三个独立可控驱动内腔,通过局部应变限制层产生应变差,实现全向弯曲运动;采用Yeoh模型描述超弹性硅胶材料应力应变关系,建立了模块气压与变形数学模型,采用有限元分析方法,分析了不同几何结构参数和驱动气压对弯曲性能的影响,采用铸造技术制备软体弯曲模块。其次,对软体弯曲模块运动学及动力学进行分析。针对软体模块变形时三个驱动腔位于正三角形顶点的特点,采用基于线驱动的受力模型,得到了软体模块驱动气压与变形角度的解析函数;针对当前软体机器人构型难以测量,且软体位移传感器欠缺的情况,采用BP神经网络辨识运动学形变映射关系,研制软体模块测量平台并标定几何参数,通过实验获得大量测定实验样本;在此基础上,基于分段常曲率思想,建立模块运动学模型;运用拉格朗日法,建立软体模块动力学模型。最后,搭建软体机器人系统。设计充放模块,能够实现高分辨率输出气压;采用上位机、微控制器、气压传感器、电源模块实现软体机器人控制,基于Visual Studio 2013开发上位机人机交互平台,通过RS232串口实现上位机与微控制器通讯。采用多个模块组装软体机器人样机,实现串联式软体机械臂受限环境下避障抓取实验,四指机器手多指协作及抓取实验,仿人手软体机器人手势及抓取实验,验证了软体弯曲模块运动能力。