利用介电型EAP(Electro-active Polymer,电活性聚合物)制作的卷绕式二自由度驱动单元具有结构紧凑、输出力大、质量轻、成本低等优点，在仿生机器人领域具有潜在的应用前景。本文以该驱动单元为研究对象，开展其性能提高与应用研究，论文选题具有重要的研究与应用价值。分析了卷绕式二自由度驱动单元的结构及制造过程，改进了预拉伸装置和EAP膜卷绕装置。改进后的预拉伸装置可以提高EAP膜的预拉伸质量；改进后的EAP膜卷绕装置实现了自动卷绕，避免了在卷绕过程中出现二次拉伸及电极错位，提高了驱动单元卷绕制作质量与制作效率。分析驱动单元的几种失稳失效形式，给出避免失稳失效的方法。分析了驱动单元线性伸缩和弯曲变形的几何特点及受力情况，建立了介电型EAP膜的几何方程、平衡方程以及边界条件。将上述方程及条件联合本构方程，采用MATLAB编制程序对方程组进行数值求解，得到该二自由度驱动单元通电状态下的输出位移(包括线性位移和角位移)和输出力(包括线性输出力和侧向输出力)。采用位移及输出力测试装置对驱动单元的输出性能进行测试，驱动单元在5kV时可产生8.4mm的线性位移和8.37N的最大线性输出力，在5kV时可产生75.3°的弯曲角度与0.705N的最大侧向力。结果表明实验数据与理论数据比较吻合，给出并分析了驱动单元在通电弯曲时EAP膜应力及延伸率状态。设计了单驱动单元机器人、四驱动单元串联机器人，并利用LABVIEW编写控制程序。对单驱动单元机器人进行了伸缩与弯曲步态实验，分析影响其运动速度的原因。利用Serpenoid曲线对四驱动单元串联机器人的步态进行规划，进行了机器人运动实验并进行相关分析。