由于刚性机器人经过几十年的发展还对环境和任务的适应性有所欠缺,也存在着与操作人员交互、工作环境的安全性问题,因此,利用各类柔性材料研制的软体驱动器与软体机器人应运而生,并迅速成为机器人研究领域中的重要研究热点之一。目前,软体机器人主要是受生物体的肌肉构建、运动动作等启发,其目标是在通过研制具有环境适应性强、运动移动能力优越的仿生机器人代替人类进行复杂与危险环境中的工作。本课题针对身体柔软的蠕虫肌肉结构特点,提出一种仿蠕虫气动软体攀爬机器人,并针对该机器人的设计、制作、力学模型分析仿真以及驱动策略进行研究,主要完成以下工作:1.仿蠕虫气动软体攀爬机器人的总体设计。分析仿生蠕虫的蠕动运动方式,通过对运动时肌肉的变形机理动作模仿,基于结构各向异性的原理,在不同方向中分布不同厚度的硅胶与不同弹性的材料,设计了能进行伸长和全向弯曲运动气动三腔软体驱动器与单向弯曲的气动网格驱动器,并使用两款驱动器以及一对吸盘设计出一款以吸盘--气动网格驱动器--三腔驱动器—气动网格驱动器—吸盘为特定构型的整机机器人,整个机器人通过外部气动控制系统对驱动器与吸盘充放气,实现机器人的运动;另外应用3D打印技术多次浇注模具成型的方法介绍了研制机器人样机的详细制作过程。2.基于几何分析方法的软体机器人运动学建模。分别对三腔驱动器和气动网格驱动器进行运动学与工作空间分析,建立单个驱动器和仿蠕虫构型的多驱动器连续型关系的运动学模型。基于几何分析法、运动学模型以及设计多种特定步态,计算出本文所设计的仿蠕虫机器人的整机运动空间,并对机器人运动步态进行运动仿真。3.软体驱动器力学模型分析与有限元仿真。本章以三腔驱动器为研究对象,基于描述非线性弹性体变形的Yeoh模型对驱动器单腔充气弯曲的平衡状态进行力平衡建模,得出充气气压与弯曲角的关系,根据上述力学数学模型建立约束优化模型,研究其横截面结构参数对弯曲性能的影响,求解在限定范围内具有最优弯曲性能的结构尺寸参数组合。通过有限元分析软件,对多种不同结构尺寸的驱动器进行单腔通气仿真与对最优尺寸的驱动器进行双腔通气,以验证上述数学模型的准确性与得到驱动器充气变形的力学规律与变形特性规律。4.仿蠕虫气动软体攀爬机器人实验研究。探讨基于STM32的外部气动机器人控制系统的软硬件组成,并利用气动控制系统对三腔驱动器进行静态特性与动态特性测量与分析,为后续的空间平面攀爬运动实验提供有力的理论支撑;结合所设计的运动步态,通过给控制系统添加特定的气压控制策略,对仿蠕虫机器人进行多种运动模式、多种运动环境(从一维壁面到三维壁面)的通气实验。