随着社会的发展、科技的进步,人类对自然界生物的研究不断深入,根据生物肌体结构和运动特性等研制的仿生机器人在各个领域中得以应用。仿生软体机器人,有助于实现仿生机器人的微小型化、提高仿生机器人的环境适应性,刚、柔、软材料特性的融合应用可使得仿生机器人具有更加广阔的应用前景。本文以青蛙为研究对象,研制了一种仿青蛙游动软体机器人。首先,对青蛙的生物体结构和游动过程肢体运动特点进行研究分析,设计关节式气动软体致动器结构模型,利用Yeoh本构模型和虚功原理,结合关节式气动软体致动器的几何参数,建立了致动器的理论形变分析模型,在总体尺寸受约束的情况下,以一定弯曲角度时端部输出恢复力矩最大为目标,确定关节式气动软体致动器的结构参数,进而融合3D打印、模塑成型等加工工艺方法,加工制备关节式气动软体致动器,确定采用纤维线限制致动器径向凸起效应的绕线形式和绕线密度,通过初步装机实验验证针对仿青蛙游动软体机器人设计的关节式气动软体致动器的可行性,经过对关节式气动软体致动器实际运动特性和固定弯曲角度下的输出力矩特性的实验测试分析,建立其拟合运动学模型和力学模型,方便后续对关节式气动软体致动器的调控,为研制仿青蛙游动软体机器人奠定基础。其次,对青蛙肌骨骼系统与游动机理以及传统刚性仿青蛙游动机器人的机构与性能特点展开分析,结合关节式气动软体致动器结构特点,确定了仿青蛙游动软体机器人的总体设计方案,设计了具有刚、柔、软特性的仿蛙后肢大、小腿结构、具有单向划水特性的脚蹼结构、满足机器人防水性能和排气性能主体躯干结构以及前、后肢内收关节连接结构等。通过对机器人前后肢体机构位姿的分析,求解其正运动学,绘制了仿蛙肢体的运动空间,初步验证了仿青蛙游动软体机器人肢体结构机构设计的合理性。然后,基于对青蛙游动过程中肢体运动姿态及运动强度的分析,结合关节式气动软体致动器的运动特性和力学特性,规划仿青蛙游动软体机器人前、后肢体各个关节的运动轨迹,结合气动软体致动器的拟合运动模型,获取仿蛙肢体运动过程中致动器内腔的气压变化曲线,确定气动软体致动器的控制策略,通过试验测试验证关节轨迹规划和控制方法的有效性。最后,设计了仿青蛙游动软体机器人电气系统和气动系统,确定了上、下位机数据交互关系,编写软件程序,完成了控制系统的整体设计,实现了机器人的无约束游动。搭建仿青蛙游动软体机器人原理样机,并通过样机实验测试机器人的运动性能,测试了基于关节式气动软体致动器驱动的仿青蛙游动软体机器人结构设计的合理性,验证了其控制系统软、硬件的可靠性和正确性。