近年来,随着仿生学和材料学研究的不断突破,形态各异、功能多样化的软体机器人应蕴而生。为适应医疗、军事、探测等领域的复杂工作环境以及获得更为安全的人机交互,无束缚（untethered）小型软体机器人已成为当前的研究热点之一。本文基于一台自制旋转磁场发生装置,设计制作了一种框型模块化软体机器人,通过三种不同磁化方式实现单框在旋转磁场中的三种不同步态直线运动,并对其滚动步态进行深入分析,通过不同的框型组合方式探明了不同框形模块化软体机器人的自由运动及搬运行为。文章主要研究内容及成果如下:首先,采用永磁体作为旋转磁场的发生源,结合环形磁场的理论计算模型与COMSOL模拟分析,对比研究了直线型及Halbach环形阵列的优缺点,从而确立并设计出k=2的Halbach环形阵列;通过Solidworks、Proteus及Keil软件分别完成了旋转磁场整体装置机械部分及电控部分的设计;借助3D打印技术,完成旋转磁场装置整体搭建;在此基础上,通过磁场表征实验完成了单个永磁体及环形阵列磁场理论模型的验证;进一步对比分析不同种类磁活性软材料（MSM）的性能,确立了Nd Fe BExoflex0010为软体机器人基体构成成分,并基于三种利用永磁体的磁化策略,开发了单框软体机器人,进一步提出了框型模块化软体机器人的设计与制作方案。其次,针对单框软体机器人的三种不同水平直线运动行为,进行了步态分析及速度测评,据此进一步研究速度性能优异并具备滚动步态的软体机器人在斜面上的运动行为演变规律;优选出速度较快的两款单框软体机器人进行搬运对比实验,结果表明采用磁化策略Ⅱ的软体机器人Fr So Ro-1210001能够搬运自身重量5.4倍的物体,同时采用磁化策略Ⅲ的框型软体机器人Fr So Ro-06048006在滚动运动时还具有优异的抓取功能,其能够抓取扁圆柱、长方体及三棱柱等不同形状的物体,最大运载量约为自重的3.75倍;结合磁力矩理论计算模型与COMSOL有限元分析,揭示了上述滚动软体机器人的致动力源于旋转磁场产生的磁力矩;此外,结合不同摩擦系数的路面、不同频率旋转磁场及不同坡度的路面,阐明了摩擦力对软体机器人滚动行为的影响规律;基于软体机器人搬运不同形状物体时的整体外形轮廓及不同搬运时刻的位姿,构建单框软体机器人在旋转磁场下的动力学、运动学模型。最后,参照上述单框软体机器人的制作流程,设计制造了两框平面构型、三框、四框空间构型的模块化软体机器人,同时完成了以上框型模块化软体机器人在旋转磁场下的自由运动和搬运行为的测试实验;建立稳定性计算理论,进而对稳定六框型（Cube）模块化软体机器人自由运动的因素:框型厚度及磁化分布分别进行分析,优选出具有最佳运动性能的六框型（Cube）软体机器人,并在旋转磁场下对其自由滚动和搬运行为进行检测分析;结合单框软体机器人的运动特性,建立六框型（Cube）软体机器人的动力学、运动学模型,同时提出搭建具有稳定结构、运动特性的框形模块化软体机器人规则。综上所述,本文通过旋转磁场及不同框形模块化软体机器人的系统设计,提出了小型无束缚软体机器人的新型制造方法,所涉及机器人有望应用于医疗领域内靶向药物的输运、体内异物的抓取等,从而进一步推动软体机器人的实用化进程。