软体机器人作为目前智能机器人领域的新型发展热点,随着国内外关键技术的持续发展,各类型软体机器人被设计开发并应用于多种领域。软体机器人通常由易于变形的物质组成,如聚合物、凝胶类等材料,形成的实体可表现出与软体自然生物物质相似的特性,即使机器人在受到拉伸和挤压时,也可以保持初始的运行状态,最主要的是这些材料都可以很好地兼容于3D打印技术。传统的软体机器人制造方法大多以模具浇注成型为主,由于传统方法的单一性和低效率,已经逐步地被更快速、可靠的3D打印技术所取代。软体机器人是机器人技术发展的一个重要方向,在多方面具有巨大的应用前景,如抓持物体、野外勘探以及伪装逃生等方面。3D打印技术在制造具有复杂外部形状和内部多孔结构的软体机器人方面上具有独特的优势,将复杂的内部腔道结构设计与3D打印技术连接在一起,可以创建一系列具有多材料、多驱动方式的软体机器人。结合现有直接3D打印软体机器人的国内外研究现状和优缺点,以及直接墨水打印(DIW)式3D打印制造技术理论,搭建了一系列DIW式3D打印平台,提出了进行平台系统所适用硅胶材料的选择。开展了面向软体机器人的软材料3D打印的相关打印工艺参数研究,以及采用最佳打印工艺参数组合进行软体机器人的打印实验研究。本文主要研究工作如下:(1)针对软体机器人中软材料3D打印工艺复杂且落后的问题,本课题研究了基于DIW式3D打印原理,介绍了搭建平台的五个基本组成部分,设计搭建了一系列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DIW式打印机的多样性,设计搭建了三种不同样式的3D打印机,为3D可打印形状的设计和方式提供了较大的灵活性。在材料方面,分别对三种单组份硅胶和两种双组份硅胶进行材料性能的试验对比,确定DC737为最佳的适合DIW式打印平台的打印材料。(2)喷嘴系统是硅胶软材料DIW式3D打印平台的关键装置之一,针对设计的喷嘴系统进行两种喷嘴流动模型的分析,包括直管型喷嘴和楔型喷嘴。分析了喷嘴内硅胶材料被挤出的流态分析,包括粘性流体流动特征和两相层流流体流动模型。在材料挤出成型模块分析方面,分析了材料在挤出喷嘴内的受力情况,研究了硅胶材料挤出喷嘴系统模型建立和挤出后成型状况。使用COMSOL分析软件对挤出喷嘴系统进行仿真分析与结果讨论,包括不同类型喷嘴挤出模型、材料与空气两相耦合模型的分析。(3)通过对硅胶DIW式3D打印过程中的打印参数进行一系列优化实验,基于本课题中的3D打印平台和单组份硅胶材料,实现高质量、高效打印的实体或复杂几何结构的打印制作。进行单线材打印、单线墙壁打印、矩形实体打印、桥接过渡实体打印和测试拉伸件的打印,研究驱动挤出气压p、喷嘴移动速度v0、层高h、丝材间距c、桥接过渡角度ζ和填充角度β的最佳参数组合,为软体机器人的直接硅胶软材料3D打印奠定了基础。采用所得最佳打印工艺参数组合进行试验实体的打印,验证最终打印实体的质量。(4)根据尺蠖的爬行原理并分析软体机器人的运动特征,设计了多气囊式驱动软体机器人,并确定了仿生软体机器人尺寸。利用软体机器人的气动控制原理,设计了一种通用气动控制平台。基于搭建的DIW式3D打印平台和选用的三种材料,进行打印材料成分不同的软体机器人,分别对这三种软体机器人的进行角度弯曲、线性蠕动爬行、失效压力和重力比较实验,验证了本文软材料3D打印平台系统能够高效、高精度打印软体机器人的可行性。