基于折纸结构开发的柔性执行器是折纸领域和柔性机器人领域的交叉研究,折纸结构提高了柔性执行器或机器人的功能适应性,实现了柔性接触,同时还具有刚性结构的强度。折纸结构可作为执行器的骨架、外壳、柔性铰链等部分,赋予执行器不同的功能,用于抓取物体、缓冲减震、检查搜索等多种场合。采用气体驱动的折纸结构执行器具有可控性好,重量轻,稳定抓取等优点,引起了很多研究者的关注,具有较高的研究价值。本文基于折纸结构和柔性气囊的方式设计了一种气动柔性执行器,并研究了执行器的变形原理和输出特性。基于折纸结构,结合可充气的柔性气囊设计折纸式气动柔性执行器,阐述了执行器的设计原理,对材料选择和制作方法做了尝试性研究。通过气囊变形原理的分析和充气实验表明,双顶点七折痕的折纸结构和方形扁平气囊的结合使得执行器变形更顺应;选用TPU薄膜材料结合热合工艺制作气囊,选用PLA材料3D打印折叠面,柔性胶水组装折叠面的方法制作折纸结构,使得执行器的性能更可靠。采用三种不同的体积法分析了执行器的折叠变形,建立了体积和折叠角度之间的数学理论模型,并通过实验验证的方法验证了数学模型的可靠性。结果表明,执行器的体积随折叠角度的增大,呈现先增加后减小的趋势;在同一尺寸下执行器折纸结构的三角形折角越大时,折叠角度同样呈现先增大再减小的趋势。根据能量守恒原则,结合气囊体积膨胀做功分析了执行器输出旋转力矩的大小,并建立了输出旋转力矩大小和输入气压之间的关系,通过两种实验方法验证输出力矩模型的准确性。理论和实验结果表明,气压在0～25k Pa范围内旋转力矩随气压的增加而增大,并且增大的趋势由强逐渐变弱,即意味着执行器的膨胀折叠达到最大程度时,其旋转力矩也达到最大数值,执行器的最终结构形态一定,继续充入更高气压时,执行器不在折叠,只增加其硬度。采用多个执行器串联设计了柔性机械臂,对执行器串联产生弯曲变形的原理进行了分析,通过简化两个相邻执行器之间的弯曲几何模型,分析弯曲角度和执行器本身的关系,并拓展到多个执行器串联的弯折角度和弯曲力矩平衡分析。结果表明,执行器串联时最大弯折角度具有叠加效应,五个执行器串联即可达到封闭弯曲效果,并可对小于5kg的负载实施稳定夹持。