气动肌肉关节具有重量轻、柔顺和仿生性好等优点,是发展共融机器人,形成机器人与人协作系统的一个重要的参考结构。但是,气动肌肉同时具有非线性、迟滞性等缺点,进而影响了气动肌肉关节的位置控制精度。本文主要研究两个内容:一是气动肌肉仿人肘关节的结构设计;二是气动肌肉仿人肘关节的模糊控制。参考成年人手臂参数,确定仿人肘关节指标;建立肘关节运动学模型,提出两种肘关节设计方案:级联、齿轮肘关节。对级联方案的机构设计进行可行性分析、机构仿真验证,开发出两种方案的虚拟样机;计算出两种方案的输出力矩,结合运动学模型,选出气动肌肉型号;搭建三套气动肌肉仿人肘关节实物样机,并搭建第二套级联肘关节的控制系统。简化气动肌肉的三元素模型,研究气动肌肉输出力F(P),气动肌肉长度L(P)及气动肌肉弹性系数K(P),三者均为气压P的函数,建模气动肌肉实验模型,建立仿人肘关节动力学模型、肘关节柔度模型;进行级联肘关节的阶跃响应、PI曲线跟踪测试。将肘关节当前角度、当前关节柔度作为模糊控制器的输入,上下臂角度比例K、PI参数调节量作为模糊控制器的输出量,设计实验,建立级联肘关节的模糊控制规则,基于MATLAB的Fuzzy工具箱完成级联肘关节模糊PI控制的仿真研究,并与PI控制结果作对比;结果表明,引入模糊控制的PI控制有效的提高了位置精度。搭建了模糊PI控制实验平台,分别进行了级联肘关节的PI控制及模糊PI控制实验研究,其中,分别对定质量负载、变质量负载两种情形进行了模糊PI控制实验研究;实验表明,肘关节末端带负载时,同PI控制相比,模糊PI控制能够有效增大摆动幅值,且提高带负载时肘关节的位置跟踪精度。