全软体化的开关阀是软控制阀的核心组成部分,也是全软体化的软体机器人所需的必要结构。开关阀通过主动控制阀体内部柔性管路变形,使得主流道的节流口面积产生变化,进而实现气路的开闭控制。然而,柔性管路的变形节流控制性能受到管路空间构型与管路结构参数的影响。管路的空间构型不同,导致管路弯折点个数不定,使得节流口面积产生变化,影响管路的变形节流控制性能。本文对软体阀内部柔性管路变形形状进行观察与总结,提出了硅胶管二维弯折、三维弯折两大弯折类型以及六种空间构型。通过实验研究了硅胶管空间构型与突破压力之间的关系。管路的结构参数不同,导致管路弯折点弯折角度不定,使得节流口面积产生变化,影响管路的变形节流控制性能。本文提出了硅胶管长度、偏心距、硅胶管外径与硅胶管内径之比、硅胶管管间距、硅胶管受压高度共五种关键结构参数,并通过实验研究了硅胶管结构参数与突破压力的关系。基于对柔性管路空间构型与结构参数研究,本文设计、制备了一种具有全软体化结构的三通开关阀,依赖于双稳态软膜快速翻转使得阀内柔性管路产生弯折变形,进而对阀内三条气路的开闭进行控制。测试结果表明三通开关阀拥有或非门功能,可实现四种逻辑状态,并且具有较高的突破压力。将本文提出具有全软体化结构的三通开关阀应用在柔性机械手、管道爬行机器人等实际使用场景中,实验结果表明三通开关阀拥有较强的控制性能和适用性,具有良好的稳定性与密封性。通过三通软体开关阀的控制,三指柔性机械手能够完成抓取网球的动作,波纹管式爬行机器人可以在管道里实现垂直、水平的运动。本学位论文针对软体机器人中软开关阀的开闭原理、全软体化结构设计和实际应用展开研究,旨在明确软体阀内管路空间构型与结构参数对其突破压力的影响,提出全软体化三通开关阀的结构,提升软体三通开关阀的性能与功能,替代流体驱动软体机器人所需的硬阀门和电子元件。进而解决了柔性执行器功能单一、软体机器人运动范围受限的问题,该选题具有工程应用前景与学术研究价值。