热力耦合作为软体机器人的一种致动方式,在较低的驱动电压或电流下即可产生相当大的宏观致动,其驱动力和可移动性较强。本课题在对软体生物运动学研究的基础上,提出了一种直线运动的柔性腔体,并对柔性腔体的设计、制作、驱动和控制策略进行了研究。首先,通过对软体生物蛇的直线运动原理进行分析,设计了一种柔性腔体。柔性腔体采用热力耦合的致动方式,不仅可以实现直线运动,还能够主动识别障碍物并及时调整运动策略。模具设计采用部分铸模再组合的方式,先分别设计腔体和底的模具并利用3D打印技术打印,然后按制作方案完成了柔性腔体的制作。其次,利用无水乙醇对柔性腔体的腔体材料进行了改性,使柔性腔体在更低的驱动电压或电流下产生更大的变形。研究了改性后硅胶/无水乙醇复合材料的表面形貌及力学特性,确定了复合材料的最佳配比。探索了柔性腔体的形变行为,同时利用ABAQUS分析并揭示了腔体隔断数量、各处壁厚、隔断宽度、隔断深度对柔性腔体变形的影响规律。最后,对柔性腔体的热力耦合进行了分析,确定了热力耦合致动方式的可行性,研究了柔性腔体的致动原理,并依据柔性腔体的结构和行进条件,分析理想状态下的柔性腔体在周期性通断电时的运动过程。设计了柔性腔体的控制系统并搭建了柔性腔体的运动实验平台,对柔性腔体的直线运动及爬坡能力进行实验,探索了柔性腔体的运动性能。实验表明,所设计的柔性腔体能够完成前进、停止、延时前进、延时停止四种方式的运动,为进一步开发各种软体机器人提供了实践经验和理论基础。