随着机器人技术的不断发展,传统刚性机器人所具有的刚性链接和本体结构,极大的限制了传统机器人与环境直接动态交互的能力。近年来,软体机器人已成为机器人研究领域的热点之一,受生物启发的软体爬行机器人因其具有完成各种复杂环境任务的能力,而受到越来越多的关注。在与复杂环境的交互过程中,软体爬行机器人与刚性结构机器人相比,具有自由度高、对复杂环境的适应性强、人机交互安全性高等优势,因此有必要对面向环境交互的智能软体爬行机器人进行深入的研究。本文设计制造了面向环境交互的智能软体爬行机器人系统,主要研究内容包括:1)智能软体爬行机器人的设计与制造;2)软体爬行机器人的数学建模与流固耦合仿真;3)软体爬行机器人与环境交互系统的设计;4)软体爬行机器人驱动控制平台搭建与环境交互实验研究。本文模拟蚯蚓的运动方式设计了软体爬行机器人本体,将本体、柔性弯曲传感器、红外数字避障传感器和ORB-SLAM算法框架结合起来,使软体爬行机器人可以智能化的通过迷宫通道,完成封闭环境下的环境建图功能,得到精确的地图信息,完成与环境的交互。本文具体研究内容如下:（1）软体爬行机器人的设计与制造针对软体爬行机器人的运动需求与柔性材料承载能力低的问题,设计了纤维增强式的双腔柔性致动器和正压锚定式的吸附致动器,通过高精度3D打印机制造模具浇注制造致动器。双腔柔性致动器内部嵌入凯夫拉纤维线以限制其径向变形同时增强刚度,切换单双腔的充气状态,致动器可精准的完成弯曲和伸长动作以模仿动物的运动形式;吸附致动器灵感来源于章鱼吸盘,由双层结构组成,顶部含有嵌入式螺旋气动通道,正压驱动后顶部膨胀为3D圆顶结构,带动基底薄膜变形以在底部内腔形成负压,吸附锚定在平面上。将制造完成的双腔柔性致动器与吸附致动器结合形成完整的软体爬行机器人本体。（2）软体爬行机器人的建模与仿真为了验证设计的合理性,说明设计的软体爬行机器人本体能够满足其与环境交互的运动需求,采用分段常曲率模型为软体爬行机器人躯干部位的双腔柔性致动器建立单腔加压径向纤维约束数学模型,根据致动器设计参数的几何关系建立双腔等压数学模型;采用简化的近似双层模型为软体爬行机器人首尾部位的粘附致动器建立双层3D圆顶结构数学模型。运用Abaqus仿真软件,通过流固耦合仿真分析研究设计的致动器在不同参数特性下的变形应力云图,验证了双腔柔性致动器内部嵌入凯夫拉纤维线,粘附致动器上层嵌入螺旋通道结构的合理性,以及制造建模的准确性。（3）软体爬行机器人的环境交互系统针对软体爬行机器人与环境之间交互的需求,设计了基于敏感栅结构的柔性弯曲传感器用来实时监测机器人躯干的弯曲角度,创新性的采用磁性印刷法的工艺制造,完成传感器的性能测试,验证了传感器适用于实时检测反馈软体爬行机器人躯干的弯曲角度,并通过传感电路将传感器的电阻信号转变为可供控制板识别的数字信号。选用W503-13红外数字避障传感器配合柔性弯曲传感器,实现机器人自主避障功能,搭建硬件平台对避障传感器进行数据标定,固定探测距离来探测目标的反射率对探测效果的影响。研究特征点法ORB-SLAM的框架,使用张正友棋盘格标定法对无线单目相机进行标定,为后续利用SLAM进行环境建图提供支持。（4）软体爬行机器人的环境交互实验研究针对软体机器人的驱动需求,为软体机器人的爬行设计了基于Arduino开发板的气动控制平台,将柔性弯曲传感器、红外数字避障传感器结合起来,使软体机器人在密闭环境中可以智能化的自主完成爬行运动,实现避障功能,爬行完毕后再通过无线单目摄像头拍摄的视频利用ORB-SLAM算法框架获得环境地图的基本结构,以Labview、NI数据采集卡为基础,编制数据采集与显示程序,结合Labview数据采集平台实时采集到的传感器信息与机器人的爬行速度等信息,获得环境地图的精确尺寸以完成对封闭地图的重建,所建地图与实际环境尺寸误差小于10mm,验证了软体爬行机器人具有与密闭环境交互的能力。