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当前软体机器人在世界范围内受到广泛关注,是机器人技术的新兴热点和发展前沿。相比于传统的刚性材料构成的机器人,软体机器人有以下优点:具有较高的柔顺性,交互更加安全;自由度高度冗余,可以大幅度地弯曲、扭转和伸缩,适用于多种作业环境。近年来,基于折纸结构的软体机器人以良好的负载能力、环境适应能力等成为软体机器人的一个重要研究方向。本文基于折纸结构,设计开发了三种不同类型的折纸结构软体机器人,分别对其设计和制造过程、建模与仿真分析、控制结构等进行了深入的研究。折纸结构设计元素的加入,提高了软体机器人的可控性、功能性等。针对软体机器人在不同应用场景的性能需求,本课题基于仿生折纸结构,功能性折纸结构以及自折叠折纸结构设计制造了不同类型折纸结构的软体机器人,分别提升了软体机器人的环境适应能力,驱动效率以及实现了机器人自折叠成型。首先,基于仿生折纸结构,参考自然界中西瓜虫的生理结构,本文设计和制作了带有折纸外骨骼的仿西瓜虫软体爬行机器人,提升了软体爬行机器人的环境适应能力;其次,基于吉村(Yoshimura)折纸结构,本文设计和制作了管状折纸结构的软体机器人,提升了软体机器人可控性和驱动效率;最后,基于自折叠折纸结构,本文分析了气动变形材料的变形机制,设计并制作了多种自折叠软体机器人。本文具体研究内容如下:(1)基于仿生折纸结构软体机器人的设计思路,参考自然界中西瓜虫的生理结构和运动形式,本文设计了仿西瓜虫软体爬行机器人。软体爬行机器人的本体大多是由硅橡胶制作而成,硅橡胶材料与其他材料间的摩擦力较大,同时硅橡胶材料的气动驱动器表面易于受损失效,软体爬行机器人在环境适应性上有所不足。参考自然界中西瓜虫的外骨骼结构和运动形式,设计了一种带有折纸外骨骼的仿西瓜虫多驱动器软体机器人,能够减少软体机器人表面与环境摩擦阻力,保护了硅橡胶材料的软体驱动器免受外界环境的物理损伤。该软体机器人由气动驱动,具有多种运动方式,能够很好地模拟西瓜虫在复杂环境中的爬行、转向以及应激自保护等运动,具有良好的环境适应性。(2)基于吉村(Yoshimura)折纸结构,详细分析了吉村折纸结构的折痕设计,本文设计了管状折纸结构的气动软体机器人。由于软材料具有超弹性的特性,软体机器人具有大变形能力,但同时导致了软体机器人在可控性和驱动效率上有一定的不足。基于吉村(Yoshimura)折纸结构,结合折纸结构的软体机器人设计思想,本文设计了管状折纸结构的气动软体驱动器。首先,对折纸结构的软体驱动器进行几何建模和分析,详细分析了其运动特性。其次,对于所设计的折纸结构软体驱动器,制作了软体驱动器实体,进行了相关实验,提升了软体驱动器的可控性能。最后,设计和制作了基于管状折纸结构的软体爬行机器人,进行了蠕动爬行实验,结果显示,相比于传统蠕动爬行机器人,基于管状折纸结构的软体爬行机器人提升了驱动效率。(3)基于自折叠折纸结构以及自组装技术的设计思想,对气动驱动的弯折结构进行了详细的分析,设计了能够利用2D材料来自折叠出3D形状的自折叠软体机器人。首先,本文分析了方形气囊充气时材料的变形情况,设计了气动铰链的自折叠结构,并对该结构的自折叠机制进行详细的理论分析。其次,研究了气动自折叠结构的制造工艺,设计并制作了多种自折叠折纸结构的软体机器人。最后,对制作的自折叠软体机器人进行了自折叠实验,并与其他相关自折叠机器人研究的结果相对比,结果显示,相比于形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)、介电弹性体(DE)等驱动材料的自折叠结构的机器人设计和制造过程,利用该自折叠结构设计制造机制,设计和制造一些对质量和体积有要求的自折叠软体机器人,制造速度快并且成本低廉。