近年来,随着仿生学和智能柔性材料的深入研究,软体机器人由于其高灵活性、强环境适应性和安全人机交互性等诸多优势引起了人们广泛的关注。本文针对现有的软体机器人无法实现既能在地面上爬行又能在管道外攀缘的多形态运动问题,提出了一种气动仿生软体爬攀机器人解决方案。论文从软体致动器、摩擦腹足以及爬攀机器人的结构设计与制备;软体致动器的建模与性能分析;控制系统的设计与搭建以及爬攀机器人的实验研究等方面进行研究,主要内容如下:基于仿生学原理,从自然界尺蠖的运动模式中获得灵感,首先,设计了一种既能在地面上爬行又能在管道外攀缘的多形态运动软体爬攀机器人,该机器人由三部分组成:两个弯曲软体致动器分别作为机器人的前肢和后肢,一个伸缩软体致动器作为机器人的身体,二十八个摩擦腹足作为机器人的足部（前足和后足）。其次,对爬攀机器人的仿生运动步态进行设计:爬行运动步态设计、攀缘运动步态设计以及爬行-攀缘复合运动步态设计。最后,基于模板浇注法,使用硅胶材料和波纹管制造了所设计的爬攀机器人。基于常曲率假设模型,首先,构建了伸缩软体致动器的运动学模型和两种弯曲软体致动器的运动学模型和力学模型,模型表明:伸缩软体致动器的伸长量与气压成线性关系,弯曲软体致动器的弯曲角度和末端输出力均与气压成线性关系,同时通过实验验证了上述所构建模型的合理性。其次,对软体致动器进行实验性能分析,实验结果表明:当壁厚t=1 mm时,伸缩软体致动器的伸缩性能以及弯曲软体致动器的弯曲性能、与管道的摩擦力、末端输出力均优于其余壁厚（t=1.5mm、t=2 mm）的软体致动器,但是与壁厚t=1.5 mm的软体致动器性能相差不大,同时,壁厚t=1 mm的软体致动器性能稳定性和使用寿命均劣于其余壁厚（t=1.5 mm、t=2 mm）的软体致动器;最后,通过比较上述实验结果以及实验现象,最终选取壁厚t=1.5 mm的伸缩软体致动器和方圆形弯曲软体致动器来组装爬攀机器人。搭建了基于Arduino Mega 2560单片机的控制系统,同时基于仿生运动控制序列对爬攀机器人进行实验研究,结果表明:机器人可以在水平地面和管道外实现多形态运动。不同爬行表面、不同爬坡角度、不同致动器输入频率都会对爬攀机器人的爬行性能产生影响;不同管径、不同致动器输入频率、不同负载都会对爬攀机器人的攀缘性能产生影响。当气压为0.12 MPa时:在爬行运动模式下,机器人可以以26 mm/s（0.36体长/s）的最大爬行速度在水平地面上爬行,且最大的爬坡角度可以达到22.8°;在攀缘运动模式下,机器人可以以9.5 mm/s（0.13体长/s）的最大攀缘速度在水平管道外攀缘,且最大的攀缘角度可达60°,同时机器人最高可携带350 g（自重的15.9倍）负载在水平管道外攀缘。