软体机器人是近年来兴起的一门学科,其自身的柔顺性和安全性,在工业、农业、军事及医疗领域都具有广泛的应用。目前,软体机器人都是利用柔性材料制备而成,其自身能够发生形变从而实现拉伸、扭转、弯曲等运动。但是,目前研制的软体机器人存在承载能力低、运动形式单一、数学建模以及仿真分析困难的问题,因此有必要对软体机器人的刚度性能、运动形式、数学建模以及仿真分析进行研究。本文针对软体机器人承载能力低的问题,基于软体致动器纤维增强方式理论的研究,设计制造了纤维增强型单腔和三腔式的软体致动器,并建立相关数学模型和仿真分析的研究。针对软体机器人运动形式单一的问题,基于模块化的设计原理,通过串联或并联的连接方式,设计制造了模块化的软体机器人,并进行相关实验的研究。本文具体研究内容如下:(1)针对软体机器人承载能力低的问题,基于纤维增强方式的理论研究,设计了一种纤维增强型单腔式软体致动器,能够增强软体致动器的刚度,可实现单向的弯曲、扭转或拉伸的运动。同时在单腔驱动的纤维增强软体致动器的基础上,设计了一种三腔式的纤维增强型软体致动器,可实现全向弯曲和轴向拉伸的运动。(2)针对纤维增强型软体致动器,建立数学模型。基于对超弹性体材料的研究分析,建立材料的本构模型。基于纤维增强型单腔式软体致动器的运动特征,建立了径向约束的数学模型。基于纤维增强型三腔式软体致动器的运动特征,建立了弯曲膨胀的数学模型,并根据分段常曲率的思想,对纤维增强型三腔式软体致动器进行运动学的分析,最后基于拉格朗日动力学,推导纤维增强型三腔式软体致动器动力学普遍方程式,从而建立动力学模型。(3)针对纤维增强型软体致动器,建立流固耦合的仿真分析。基于超弹性体材料,采用Ogden材料本构模型设置材料参数,进行仿真分析。针对纤维增强型三腔式软体致动器的弯曲和拉伸运动方式,通过对纤维参数对比,得到在不同压力下软体致动器弯曲角度和拉伸位移的变化,并根据仿真实验结果,得出纤维增强的方式能够增强软体致动器的刚度和承载能力。(4)针对软体机器人运动形式单一的问题,基于模块化的设计原理,设计了纤维增强型单腔式软体致动器、纤维增强型三腔式致动器以及末端致动器。软体致动器通过串联或并联的组合方式,设计制造了功能多样的模块化软体机器人。基于软体机器人气动驱动的方式,设计搭建气动控制系统平台。最后,针对设计的双模块软体抓手机器人、三模块软体机械臂、四模块仿四足软体机器人以及五模块仿人手软体机器人,进行相关实验的研究,验证了模块化软体机器人应用领域的广泛性。