软体机器人内秉的柔顺性使其天然具备适应、安全的环境交互特性，在柔顺抓取、非结构化场景作业等方面具有应用优势。然而，当前软体机械手设计通常聚焦于追求大变形行程，往往以破坏软体材料结构的刚度为代价，导致机械手本体“变形有余、承力不足”。在设计阶段有必要兼顾软材料结构的变形能力和刚度特性要求，而大变形软体材料结构的力学行为具有复杂、非线性的特点，目前常用的经验设计难以提供理想的结果。一种基于水平集法外骨骼拓扑优化的设计范式，是将一种模量较高的外骨骼材料贴附在模量较低的软体气动驱动器上，构成软体手指模块，通过优化外骨骼的形状拓扑实现对手指变形特性与刚度特性的调控。是设计刚性更强的骨架材料在气腔外表面的分布，而气腔作为非设计域，加压后气腔与骨架层共同变形，使其在充气加压后匹配指定的变形特征，并且满足一定的交互力承载需求。内部软体气动驱动器采用上下非对称的多腔体结构以利用其对弯曲变形的集合优势，附着在驱动器复杂曲面上的外骨骼通过非线性空间映射展开到平面设计域，利用动态水平集函数描述和追踪其形状拓扑的变化，从而发展了严格考虑非线性的拓扑优化方法。该拓扑优化设计方法有效提升了软体机械手运动和交互综合性能，并可望拓展到其他驱动形式和应用场景。