软机器人通常由柔软的材料制作而成,可以在大范围内任意改变其形状和尺寸,在侦察、探测、救援及医疗等领域有广阔的应用前景。与传统的刚性机器人相比,软体机器人有许多优点:它具有更好的环境适应性,可以通过变形与障碍物相容;可以通过主动变形使机器人处于不同的形态并实现运动;主动变形与被动变形相结合,机器人可以穿过比自身形态尺寸小的缝隙,进入传统机器人无法进入的空间;能够模仿自然界中动物的运动模式,适应人类不能到达的环境,扩大人类的探索领域,是未来机器人发展的新方向。随着科技的不断进步,智能材料的不断发展,采用与动物肌肉性能相似、具有传感功能的智能材料制成机器人的驱动结构,具有结构简易、环境适应性好、低噪声以及能够主动产生复杂运动等优点,因此逐步成为软体机器人未来的发展趋势。为了将形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)应用到软体机器人结构中,对SMA的力学特性进行了分析,给出了SMA弹簧的制作与设计方法,为了得到SMA弹簧的加热电流、载荷、输出位移以及恢复速度的关系,搭建实验平台进行实验研究,实验结果表明,所设计的SMA弹簧的有效位移随着载荷的增加而增加,在负载超过0.32 N时有效位移随着载荷的增大而减小;增大加热电流,能够大幅度的提高SMA弹簧的恢复速度;SMA弹簧的恢复速度与加热电流成正比与负载载荷成反比;SMA弹簧的响应速度受冷却速度的影响,冷却过程中的速度与加热电流的大小无关,与负载的成正比;测试了SMA弹簧的力学性能,为机器人的研制奠定了基础。根据尺蠖运动规律设计了一种新型软体机器人,模仿尺蠖躯干设计能实现弯曲变形的躯干结构,采用SMA弹簧模拟尺蠖肌肉对躯干结构进行驱动。软体机器人是通过对SMA弹簧进行周期性通断电流,利用前足和后足刚毛的摩擦差模仿尺蠖运动规律实现连续运动。制作了软体机器人样机,并采用实验方法确定软体机器人控制参数。搭建实验测试系统,机器人分别放置在橡胶垫、木板、纸板上进行运动实验,实验结果表明,电流频率与占空比对软体机器人爬行速度有较大影响,三种表面上的最快爬行速度均发生在频率0.14–0.16 Hz、占空比25%–30%范围之内,机器人最大爬行速度可达到3.43 mm/s;所设计软体机器人适合于较软和粗糙的表面上爬行,但不适宜于在较硬且较光滑的表面爬行。所设计软体机器人能仿生尺蠖运动进行运动,说明了所设计的软体机器人的可行性,为软体机器人设计提供新的思路。为了提高仿尺蠖软体机器人的爬行速度,对多其进行结构改进,设计了一种快速爬行的仿尺蠖软体机器人。通过增加驱动电流,提高弯曲阶段的速度,通过增加躯干的刚度,提高伸直阶段的速度,将两者相结合以提高软体机器人的响应速度。为了验证设计思路的有效性,设计刚度更大的躯干结构代替柔软的硅胶表皮,使其在弯曲变形过程中能够获得更大的回弹力,通过对机器人变形过程中的受力分析,结合电热模型、SMA弹簧模型得到机器人加热时间与单周期位移的模型;制作机器人样机以进行实验验证,结果表明单周期位移模型的仿真结果与实验结果基本一致;通过实验测试系统对机器人的爬行性能进行实验研究,实验结果表明改进后机器人在频率为0.17-0.18Hz、占空比为27.5-32%的区域内可获得最快爬行速度,为4.1 mm/s,较第二章设计的机器人爬行速度提高了20%,验证了思路的正确性。根据蝠鲼鱼的运动规律设计一种新型软体机器鱼,该机器鱼由能模仿蝠鲼鱼外形实现上下摆动运动的柔性鱼鳍结构、基板与尾鳍组成,采用SMA丝模拟蝠鲼鱼肌肉对柔性鱼鳍结构进行驱动。柔性胸鳍结构通过对布置在上、下侧的SMA丝进行周期性通断电压可以实现模仿蝠鲼鱼鱼鳍的上下摆动,使其产生驱动力实现游动运动。为了验证所设计软体机器鱼,制作机器鱼样机,通过实验方法确定了驱动电压,对SMA丝的热力学分析确定了软体机器鱼的驱动策略。搭建实验平台并进行游动实验,实验结果表明所设计柔性鱼鳍结构的最大摆动角度为42°,机器鱼的最快游动速度发生在驱动电压频率为2.6Hz、占空比为21%时,最快游速为23.4 mm/s,所设计鱼能够模仿蝠鲼鱼游动,为机器鱼的研究提供了良好的实验基础。