机器人技术是综合计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,在当代研究十分活跃,应用领域日益广泛。除了传统的仿人操作工业机器人等离散型机器人以外,连续型机器人以其优异的柔顺性受到了国内外广大学者的关注。连续机器人灵感来源于大象鼻子、章鱼触手等动物器官。该类动物器官没有特定骨架或软骨结构,但拥有惊人的操作能力。相对于传统离散型机器人,连续型机器人在缺乏刚性关节的基础上,可模仿上述动物器官操作。例如,大象利用鼻子从树上摘取树叶,从地上拾取大型树枝等操作。连续机器人可利用卷绕方式抓取大尺寸、形状未知、易碎物体,也可实现在非结构未知环境下的搜索与救援。然而,相对于传统工业机器人,连续机器人无论在结构设计还是在理论研究上均未成熟。本课题组在研究新型气动柔性驱动器FPA的基础上,提出了气动柔性弯曲关节、气动柔性球关节等多种新型气动关节。本文进一步深入研究气动柔性球关节、弯曲关节的基础上,研制了基于气动柔性驱动器的象鼻型连续机器人,为该类机器人的研究与应用奠定基础。本文首先改进了原有气动柔性球关节结构,并根据几何学原理研究其机构位置正解与逆解。得到了球关节内部FPA长度与球关节位姿的正、逆运动学表达式。同时改进了新型气动柔性弯曲关节(Flexible pneumatic bending joint, FPBJ)结构,分析简化了其静态模型,并设计了该关节实验平台,对其进行了实验研究,根据实验数据提出了该关节的经验模型。分析讨论了关节长度、输出力、内部气压之间的关系。经验模型在进一步简化原有静态模型的同时,修正了原有静态模型的不足之处。在以上研究的基础上,本文结合象鼻仿生学基本原理,研制了气动柔性象鼻型连续机器人。该机器人以气动柔性球关节与新型气动柔性弯曲关节为基础,通过串联四个气动柔性球关节模仿象鼻躯干,并采用气动柔性弯曲关节模仿象鼻的指状突触,可实现抓捏较小物体与卷绕抓取较大物体等操作。在基于圆弧假设的基础上,采用三种不同的方法分析建立了气动柔性象鼻型连续机器人的运动学方程、雅可比矩阵。该运动学方程通用于所有连续型机器人。同时本文针对象鼻型连续机器人,推导了其拉格朗日方程,为其动力学研究奠定了一定的基础。基于旋量理论基本原理,研究了气动柔性球关节静力学方程。并结合生物仿生学,分析了气动柔性象鼻型连续机器人抓持模型。本文将气动柔性象鼻型连续机器人抓取不同形状物体统一简化为三点圆弧抓取,并分析了其稳定抓取模型与抓取优化算法。在以上研究的基础上,设计并实现了气动柔性象鼻型连续机器人控制系统,该系统由工控机IPC与嵌入式下位机系统组成。由IPC组成的上位机系统完成位姿与驱动器变量换算、用户数据读取等操作。上位机算法实现时,首先讨论了传统运动学算法的计算机实现,以及基于神经网络的运动学算法实现。由嵌入式系统组成的下位机系统实现机器人传感器数据读取,关节变量输出及关节变量PID闭环控制算法等操作。并搭建了机器人控制实验平台,进行了不同形状物体抓取实验。