与传统的刚性机器人相比,软体机器人具有较好的柔性、适应性和环境相容性,成为仿生机器人领域近年来新兴的研究热点,其中有一类模仿生物肌腱结构的肌腱型软体机器人,具有较好的综合性能。由于软体机器人的相关研究仍处于起步阶段,缺乏一般性的运动建模和设计方法,本文围绕材质均匀的肌腱型软体机器人的设计问题,展开了均质肌腱型软体机器人的运动建模与计算设计相关的研究,主要工作如下:1.均质肌腱型软体机器人的运动和几何描述。结合连续介质力学中的大变形运动描述方法,利用超弹性体的变形梯度张量、能量密度函数描述机器人本体的力学特性,并利用三角网格化工具实现肌腱型软体机器人在二维空间中的离散化变形描述。2.均质肌腱型软体机器人的运动建模与仿真。结合超弹性材料的本构模型,利用数值优化方法实现了肌腱型软体机器人受外部驱动点产生变形的“外驱动”变形和随着内部肌腱收缩作用产生变形的“内驱动”变形的建模与运动效果的仿真。3.均质肌腱型软体机器人的计算设计方法。计算设计旨在分析研究对象的数学模型,结合优化算法指导确定设计的参数。本文提出能从期望结果反推设计参数的若干算法,利用上述运动建模,实现了从用户指定的软体介质期望变形出发反向求解出能实现该变形的最优肌腱布局和收缩量的设计流程。4.均质肌腱型软体机器人的集成化设计软件的开发。以肌腱型软体机器人的运动仿真和计算设计算法为核心,设计了一个多功能、多任务的辅助设计软件,为用户提供了针对均质肌腱型软体机器人的交互式设计工具。5.均质肌腱型软体机器人实验平台的搭建与相关算法的验证。作为研究对象的例子,本文设计了一种均质肌腱型软体机器人和一种模块化、可扩展的肌腱单元驱动器,在此基础之上搭建了实验平台,并设计了一种量化的算法输出与实物实验拟合程度的评价指标,对本文提出的算法进行验证和分析。本文所提出的均质肌腱型软体机器人的运动建模、仿真和计算设计方法为软体机器人的设计者提供了一套分析和设计的理论框架与实用工具,对相关的设计工作具有较大的实用价值。