相较于基于硬质材料的传统机器人,采用软材料或柔性结构的软体机器人具有更好的仿生特性、更高的运动自由度和更好的环境适应性,可以在狭窄的空间内运动,并在承受外部冲击后不产生结构及功能的破坏。基于所使用的材料及结构的特点,软体机器人还能够实现自修复、自传感、自组装等功能。已报道的软体机器人大多利用能够产生主动可控变形的智能材料与结构进行驱动。虽然每种智能材料或结构在应用于软体机器人时具有自身的优势,但在实际应用中仍存在一些限制。比如,温度控制型的智能材料需要对材料进行加热/冷却,增加了系统的响应时间;气动驱动器结构需要气泵与阀门,增加了系统的体积和重量,并且会产生噪音。介电弹性体是一种典型的电致活性聚合物,能够对外加电场进行响应,具有变形大、响应快、质量轻、能量密度大等优点,被视为是一种人工肌肉材料。其响应快的特点有利于增加软体机器人的灵活性,可以实现对软体机器人不同运动模式或功能的快速切换与控制。本论文研究基于介电弹性体驱动器的软体机器人及人机交互,针对所涉及到的介电弹性体驱动器结构,建立了力学模型分析其在外加电压作用下的变形及失效行为,研究了驱动器的参数对其性能的影响,以针对不同需求和实验条件实现对驱动器结构参数的设计与优化。具体内容如下:弹簧卷形弯曲驱动器是一种典型的介电弹性体驱动器结构,其主要由作为内核的弹簧以及卷绕在弹簧周围的介电弹性体薄膜构成,可作为软体机器人的驱动单元。为了对介电弹性体弹簧卷形驱动器进行结构参数设计与优化,首先基于理想介电弹性体模型建立了弯曲驱动器的理论模型,给出了驱动器的状态方程以分析其在外加电压作用下的变形,考虑电击穿、力电失稳、失拉、极限拉伸等介电弹性体典型的失效模式给出了相应的失效临界条件,确定了驱动器的许用区域,讨论了驱动器的设计参数对其电致变形性能的影响,并针对不同的优化目标进行了驱动器的参数优化。针对建立模型时采用的一些简化,考虑薄膜的复杂变形进行了驱动器模型改进,采用改进模型得到的理论预测可以较好地拟合测试结果。基于已有实验条件以及理论预测结果,选取合适的驱动器参数,制作了在外加电压作用下可以产生大的弯曲变形的弹簧卷形弯曲驱动器,并测试了弯曲驱动器在外加电压作用下的静态和动态变形特性及横向输出力。以此驱动器作为驱动单元,结合3D打印构件,初步展示了弯曲驱动器在软体机器人领域的应用:制作了三爪式柔性抓取装置,可以在电压的控制下实现对物体的快速抓取和释放;制作了仿尺蠖式爬行机器人,利用取向纤维束提供的各向异性摩擦,爬行机器人可以在交流信号驱动下实现单向爬行。为了实现介电弹性体仿生结构的人机交互,对生物电信号进行采集、处理和放大以控制介电弹性体仿生结构的变形及功能。利用采集到的类心电信号来控制介电弹性体心形结构,使其可以跟随人心跳的频率而“跳动”变形,初步验证了通过生物电信号控制介电弹性体仿生结构的可行性。进一步开发了人眼与介电弹性体仿生透镜的新型人机界面。模拟人眼的工作原理,设计并制作了一种介电弹性体仿生透镜。仿生透镜中间部分是一个模拟人眼晶状体的可调焦软透镜,其焦距可通过外加电压进行调节,可实现与人眼晶状体接近的焦距变化率。在可调焦透镜周围模拟人眼外肌的薄膜的驱动下,仿生透镜可以实现可调焦软透镜的平移、旋转等运动。通过对眼电信号的采集及处理进行眼部动作识别,实现了通过人的眼部动作对仿生透镜功能的控制:通过眼睛向各个方向的转动控制透镜在相应方向的运动;通过两次眨眼调节透镜的焦距,实现远景模式和近景模式之间的切换。针对眼部动作识别错误产生的非预期响应,给出了通过人眼运动修正系统响应的方法。上述系统中的介电弹性体可调焦软透镜是由透镜框架、粘在框架两侧的主动和被动柔性薄膜以及密封在空腔中的透明液体构成,当给主动薄膜施加电压时会使透镜两侧薄膜的曲率发生变化,从而产生焦距的变化。采用理想介电弹性体模型建立了可调焦透镜的理论模型,计算结果可以很好地拟合实验数据。基于所建立的模型,比较了主动薄膜上涂覆圆形电极和环形电极的透镜的调焦和失效特性,并针对两种透镜讨论了不同设计参数对透镜的调焦特性的影响,为可调焦软透镜的设计提供参考。