软体模块化机器人由具有一定运动能力的软体模块单元组成,模块单元的两端具有能够实现连接和断开功能的连接件,模块间通过不同连接面的连接与断开,能够形成多种构型的软体机器人。软体模块化机器人区别于传统模块化机器人的主要特点在于模块单元的制作材料和驱动方式。相较于刚性模块,软体模块的材料具有高弹性,能够产生连续性的变形,具有无限的弯曲自由度。其驱动方式不再限于电机或者舵机,而是可以使用气体、化学反应、金属记忆合金等多种新型驱动方式。将软材料、新型驱动方式与模块化相结合,并实现软体模块化机器人协调运动成为一个挑战性课题。在预定的驱动方式条件下,如何实现软体模块单元既有独立的运动能力,又有连接与断开的能力,建立软体模块驱动方式与变形的关系,实现软体机器人协调运动为本领域目前研究的主要难题,也是本论文研究的主要内容。软体模块单元的基本结构对机器人变形、整体构型、运动能力有直接的影响。本文基于模块化机器人的可重复、可配置、可替代设计原则,采用模块化理念设计软体机器人。打破刚性机器人依赖于驱动器从而实现多自由度转动或移动的形式,利用气体驱动软体模块单元,为实现软体模块的弯曲、运动,需要获得软体模块结构参数与功能实现效果的关系。因此,通过一系列仿真,分析了不同结构参数和模块性能的关系,从而获得了软体模块单元的最优设计参数。提出了新型的连接方式,不但能够实现软体模块连接与断开,而且软体模块连接后具有一定的抗剪切能力,为实现软体机器人协调运动提供了保障。同时,给出了软体模块单元整个制作流程,分析了物理模块的滞回特性、工作空间和力学性能,为软体模块化机器人的变形分析和协调运动规划提供了有效的物理模型。软体模块化机器人的模块单元采用硅胶材料制成,具有高弹性、耐冲击、多自由度的特点,在受力产生拉伸时具有非线性特性,应力施加时产生连续变形,可以延展至本体数倍的长度,应力消失时恢复至初始长度。因此,如何得到软体模块弯曲状态与气压的关系是实现对软体机器人控制急需解决的问题。从已设计软体模块单元的结构参数出发,结合材料力学的变形原理,推导软体模块的驱动压强与应变间的非线性变形模型。引入力学模型,建立软体机器人模块单元的弯曲力学模型。利用编程软件,搭建力学方程求解框架,为获得软体模块单元的驱动压强与弯曲变形中心线提供有效的求解方法。同时,对模块单元物理模型进行了弯曲实验,并将理论数据与实验结果进行了对比分析。软体模块化机器人相较于其他机器人的核心优势主要体现在构型可变和运动模式多样两个方面,结合软材料在受外力驱动下会产生大形变的特点,从而增强了机器人对环境的适应能力。若通过人工尝试寻找适合的弯曲角度产生机器人运动,那么人工规划的任务量随着模块数量的增加呈指数生长。所以,引入神经元作为软体机器人模块的基本控制器,搭建软体机器人的协调运动规划神经网络,为软体模块化机器人探寻一种能够为多种不同构型实现多样协调运动的神经网络控制系统。针对软体机器人典型构型进行协调运动规划,如尺蠖运动,仿蚯蚓运动,爬行运动,转弯运动等多种协调运动。为验证软体模块化机器人弯曲变形能力和整体协调运动规划的有效性,研制了完整可靠的软体机器人模块。搭建了软体机器人气动平台,对单模块软体机器人进行实验验证,通过软体模块的弯曲和运动,验证了软体模块化机器人不但能够弯曲、连接和断开,并且具有良好的运动能力。对多模块软体机器人进行实验验证,通过对软体机器人的链式构型和T字构型协调运动实验,证明了软体机器人在不同构型下能够实现协调运动,验证神经网络控制运动规划的正确性和有效性,表明了非线性变形分析在软体模块化机器人运动自动生成研究中的关键作用。同时,完成了软体机器人动态对接运动,验证了软体模块化机器人构型改变后的运动能力,再次证明了软体模块结构设计的合理性。