传统的机器人一般由各种刚性结构件通过运动副连接构成,由于刚性结构的本体对环境的适应能力差,机器人很难在地形复杂的情况下工作。而柔性机器人由于采用可承受大应变的柔软材料制造,具有无限多的自由度和较强的变形能力,能够适应各种不规则的复杂环境,因此,在侦察、探测、救援及医疗等领域均有着广阔的应用前景。针对现有柔性机器人存在运动形式单一、变形利用率不高、结构复杂等问题,本文提出并研究了一种多运动模式的仿蠕虫气动柔性机器人。该机器人采用压缩空气驱动,结构简单紧凑,运动灵活,不仅可以实现直线爬行前进,还可以进行转弯、掉头等运动。本文完成的主要研究工作包括:(1)通过分析蠕虫生物的运动机理,模仿蚯蚓的蠕动爬行,研究设计了气动仿蠕虫柔性机器人的运动步态及总体结构。(2)对柔性驱动器的结构模型进行合理的简化,利用有限元分析软件研究了驱动器的截面形状、硅橡胶材料的硬度、驱动器气腔的壁厚以及纤维环尺寸的大小对驱动器轴向伸长变形能力的影响。通过优化设计参数,使柔性驱动器在较低的气压下,具有较大的轴向伸长变形能力。(3)设计制作了仿蠕虫气动柔性机器人实物样机,并对蠕虫机器人的关键部分-柔性驱动器进行了伸长与弯曲变形试验研究。将试验结果与仿真结果进行对比,结果表明:在相同的条件下,实验结果与仿真模型结果基本吻合。对柔性驱动器的变形响应特性进行了试验研究,试验结果表明:在有效的变形范围内,驱动器充气与排气响应时间变化趋势相同;相同的压力驱动下,驱动器充气变形响应时间比排气变形响应时间要长。(4)研究设计了蠕虫机器人的样机控制系统,实现了对蠕虫机器人运动的实时控制。根据样机的运动步态,建立了蠕虫机器人的运动速度模型。将蠕虫机器人样机在不同的条件下进行了直行、转弯及爬坡等各项运动性能的试验测试。试验结果表明:当纤毛爬行足的角度为70°,蠕虫机器人爬行在橡胶板上时,其运动速度最快,约为7.75mm/s。蠕虫机器人在光滑的桌面上,一个转弯运动周期可以转过20°。蠕虫机器人在橡胶板上最大爬坡角度达到了 30°。