对于许多新兴的机电一体化应用,传统机械设计中常用的致动器如电机减速器、气压驱动等,由于其结构复杂,需要组装且各部件易磨损等原因,使得电机减速器等驱动方式在小型化、机器人等尺寸受限领域已经难以满足要求,寻找合适的致动器成为关键问题。介电高弹体(Dielectric Elastomer,简称DE)作为能在高电压下产生大变形的柔性智能材料,由于其是柔性高分子薄膜材料,可以很方便地根据结构尺寸和形状需求设计合适的致动器;DE材料凭借其柔韧性好、响应速度快、能量转化率高等特性,与电磁阀或气缸的驱动方式相比可以作为一种更节能、更轻、更低成本的致动器解决方案。但材料自身具有严重的非线性,变形理论也缺乏系统化的研究,所以要实现DE材料的最佳性能,必须确定材料几何结构和性能之间的关系。本文完成的主要工作如下:(1)研究了国内外基于热力学模型的DE材料电致变形力电耦合模型,使用Yeoh模型和Gent模型分析了DE材料在电压和预拉伸载荷下的应力应变曲线,为后续工作提供理论支撑。根据仿真结果搭建双轴拉伸平台,设计控制系统和数据采集模块测定模型参数,进行直流电压加载实验并分析致动器撕裂失效、电致失稳的原因,测试电击穿的电压临界值。最后,分析交变电压对材料性能的影响。(2)推导DE薄膜锥形致动器的数学模型,得出控制方程。对致动器制作流程和电极选用等问题进行研究;利用激光测距仪和力传感器等设备测定了其驱动力和输出位移,对不同几何参数的锥形致动器输出性能的进行分析。通过上述实验和理论研究,针对此致动器行程短和运动过程中输出力非线性增加等缺点,本文选择全柔顺双稳态机构作为DE致动器的补偿机构。为了匹配致动器输出性能,对全柔顺双稳态机构的几何参数进行优化,保证锥形致动器实现稳定的位移输出,也使得介电高弹性体不需要持续供电来维持其驱动状态。(3)将DE致动器应用在仿生机器人领域,设计制作仿生机器鱼。将DE致动器结合柔顺双稳态机构应用于胸鳍摆动;将DE薄膜粘附在PET薄板上制作胸鳍翅片,通过控制电压来改变胸鳍与水接触的面积;将两组锥形致动器对称布置作为尾鳍,通过施加电压使鱼尾左右摆动为前进提供动力。仿生鱼驱动部分全部由DE软材料制作,鱼身采用3D打印技术制作,所以相比传统水下机械,其不会产生的噪声而且能量利用率高。(4)将DE薄膜粘附在柔顺菱形结构设计爬行机器人,引入单摩擦机构,通过交流负载实现伸缩爬行。通过非线性有限元和伪刚体模型分析致动器力-位移关系。并使用光敏树脂制作爬行机器人,进行实验。