全柔性机构是一类通过自身的弹性变形来传递或转换运动、力或能量的特殊机构。由于全柔性机构中没有刚性副的连接,易于一体化制造、机构无缝隙和摩擦、运动精度较高等诸多优点,在微小型仿生机器人领域中具有广泛的应用前景。本文探索将全柔性机构应用于仿生机器人机构设计中。第一章收集整理柔性机构基本知识、特点并对其进行了分类,系统研究了当前全柔性机构的设计方法。分析了当前国内外仿蚯蚓移动机器人研究现状,提出将全柔性机构应用于仿蚯蚓移动机器人设计中。第二章在分析蚯蚓的生物学运动原理,归纳了当前国内外研究的仿蚯蚓移动机器人移动方式和原理的基础上,提出了一种基于平面摩擦移动的机器人运动规划,并作了具体运动原理分析。从机器人的运动规划可以看出,在整个仿蚯蚓移动机器人中,柔性单元体是最重要的部分,也是机器人设计的重点部分。仿蚯蚓移动机器人属于微小型机器人,整体尺寸较小,经综合研究考虑选用压电陶瓷作为驱动器。由于驱动器选用压电陶瓷,输出位移只有微米级,因此考虑设计具有位移放大功能的全柔性机构单元体。第三章为了设计具有位移放大功能的全柔性机构单元体,研究了全柔性位移放大机构的拓扑优化设计方法。具体为基于连续体结构拓扑优化技术和SIMP人工材料密度方法,以机构的输出位移和输入位移之比作为目标函数,建立全柔性位移放大机构的拓扑优化设计的数学模型,优化算法采用优化准则法,并推导了迭代公式,采用网格过滤法消除棋盘格和网格依赖现象。用Matlab软件编程进行了优化计算。分析了不同优化参数对机构放大倍数的影响。数值算例证明了研究方法的有效性。第四章根据全柔性位移放大机构的拓扑优化设计方法,针对单元体的功能设置优化模型,进行拓扑优化设计,将拓扑优化结果中单元体的形状在AutoCAD绘图软件中模拟,并导入有限元软件ANSYS中做变形和应力分析。分析了在不同的输入位移情况下,机构的输出位移大小,验证机构的位移放大效果。然后分析了在不同的输入位移情况下,机构中的最大mises应力,以保证应力小于材料的许用应力而保证机构不失效。最后分析了柔性铰链尺寸对机构性能的影响以及单元体变形时的负载能力。第五章将各个单元体连接起来,形成机器人总体模型。然后在ADAMS软件中对机器人进行几何建模。单元体中的柔性铰链在ADAMS建模中简化为转动铰链+扭簧的结构,用等刚度的弹簧模拟压电陶瓷。另外,设定机器人的接触面,并用ADAMS软件本身提供的Contact模型来模拟机器人与运动表面之间的接触,摩擦力采用Coulomb模型。然后对机器人的运动步态进行了仿真和分析,仿真结果证明了该运动方案的可行性。