与传统刚性机器人不同,软体机器人具有高柔软性、高安全性和包裹性好等优点,可以吸收外界干扰产生的力与冲击,不会对交互的环境造成任何损伤。具备优异的运动能力,以及在军事探测、医疗手术、自动化生产线等复杂环境中进行作业的能力,有很大的应用价值。当前的研究多集中于保持软体机器人本身的柔顺性,很少考虑任务中的刚柔可控性,即要求任务中具有满足一定条件的刚度和可控性。虽然软体机器人表现出其他类型机器人无法比拟的优势,但是目前软体机器人研究领域仍存在着诸多技术难题,严重约束了其在重要场景下的实际应用,其中尤为突出的是建立精准模型和控制问题。本文结合主动驱动的气动驱动结构并耦合可变刚度的阻塞机构,设计出可变刚度的软体机械臂,进行理论和有限元分析仿真以验证机构的合理性,进一步建立精准的运动学和动力学模型,通过设计滑模控制器实现运动轨迹控制,并进行分析和仿真验证,最后对变刚度软体机械臂的变刚度性能与弯曲性能进行实验验证。具体内容为:首先,在分析软体驱动器的各种驱动方式和材料的基础上,设计变刚度结构,并利用有限元分析设计出一种耦合变刚度结构的气动机械臂;由多个单元模块组成,每个单元模块包括三个部分:气动驱动结构、变刚度阻塞结构、硅胶纤维复合层。其次,针对软体机械臂进行动力学建模,利用分段常曲率法对软体驱动器进行运动学建模,分析软体机械臂末端中心位姿与关节变量的关系,从而进一步进行动力学推导,通过拉格朗日建立动力学方程。在滑模控制原理的基础上,针对建立的动力学模型提出滑模控制策略,进行软体机械臂稳定性分析和仿真,验证其正确性。然后,研究耦合变刚度的气动软体机械臂的材料和设备选型,利用3D打印技术和硅胶灌溉技术,制造软体机械臂的气动驱动模块、变刚度阻塞模块和硅胶纤维复合层,并对三个模块进行整合,制备出可变刚度的软体机械臂。最后,设计机器人气动控制系统,搭建测试实验平台,对软体驱动器进行弯曲、拉伸和响应速度的测试,验证软体驱动器弯曲角度、拉伸长度和压强之间的关系,以检验气动驱动器结构设计的稳定性和运动性能。同时,耦合上堵塞结构进行变刚度调节,对不同条件下的变刚度结构进行力-位移测试,验证变刚度机构的稳定性和弯曲性能。