机器人经过近一个世纪的发展,已被广泛应用于工业、医疗和服务业等领域。传统的机器人主要由铰链、齿轮、电机等刚性构件组成,因此存在笨重、环境适应性差和工作噪音大等缺点。相对于传统刚性机器人,软体机器人是以自然界生物为原型,通过智能材料的变形、弯曲和膨胀收缩实现运动,具有更高的环境适应性、交互安全性和运动灵活性。软体机器人技术中最为关键的则是驱动器研究,现有的柔性驱动器中,离子型电活性聚合物（electroactive polymer,EAP）由于驱动电压小、效率高、应变大等优点受到了广泛的关注。传统的离子型EAP存在一定缺陷,无法长时间在干燥环境下工作,电极成本昂贵且容易剥落断裂。本文设计了一种新型纤维素基离子型EAP,不但弥补了传统EAP的缺陷,而且材料环保、生物可降解、成本低廉。该纤维素驱动器主要由以聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸盐溶液（poly（3,4-ethylene dioxythiophene）-polystyrene sulfonate,PEDOT:PSS）柔性电极和微纤化纤维素（microfibrillated cellulose,MFC）-离子液体（ionic liquid,IL）复合离子交换膜组成。对该驱动器材料进行表征、拉伸和电化学测试,发现MFC掺杂IL后改变了其结构,IL的加入使MFC的部分结晶区转变为非结晶区,破坏了MFC原本有序聚集的结构;MFC膜在掺杂IL后杨氏模量大幅度减小,从而减小了驱动器的内部阻力;微纤化纤维素驱动器具有较大的比电容,使驱动器内部产生足够强的电场力。另一方面,虽然对纤维素驱动器的研究受到广泛关注,但目前纤维素驱动器的驱动机理和影响因素尚不明确,因此有必要进一步探究纤维素驱动器的机电特性和影响因素。本文通过建立微纤化纤维素驱动器的理论模型来分析其驱动性能。理论模型分为电学部分和机械部分,电学模型基于离子型EAP致动机理建立,致动机理可以简单描述为给施加电压使驱动器的离子交换膜内阴阳离子迁移向电极,阴阳离子的体积差使驱动器两侧产生膨胀差,从而驱动器弯曲变形。机械模型通过分析驱动器内外应力建立数学模型获得,基于对纤维素驱动器的实际特性测试总结出模型相关参数。与此同时,为了测试微纤化纤维素驱动器的实际机电特性和验证上述模型的有效性,本文搭建了微纤化纤维素驱动器测试平台,测试了微纤化纤维素驱动器在不同幅值、不同频率和不同持续时间的交流和直流电压下的机械输出特性。测试结果与上述模型对比,两者平均误差在±3%以内,验证了模型的有效性。结合实验与模型对微纤化纤维素驱动器的驱动性能进行分析,总结得出在0.1 Hz,1.5 V的交流电压和1.5 V直流电压下,驱动器分别产生±5.61 mm和7.28 mm的偏摆位移;小于1.5 V时位移随电压增大而增大,大于1.5 V后位移将会出现衰退;驱动器受到偏摆惯性和离子迁移时间的影响,随着施加交流电压的频率升高偏摆位移逐渐变小。影响驱动器的偏摆大小的主要有电极层和离子交换膜的厚度和杨氏模量,并通过实验验证了两者对驱动器偏摆的影响。最后利用模型推测出使驱动器实现最大偏摆的厚度和杨氏模量的最优值。最后,为了探究该微纤化纤维素驱动器的潜在应用,本文设计了几种以纤维素驱动器为基础的仿生应用,如仿生柔性抓手、仿生活性支架和仿生手指。结果表明该微纤化纤维素驱动器在医疗手术、救援勘测、智能穿戴和柔性电子等领域具有巨大的应用潜力。