随着机器人技术的迅猛发展,越来越多的机器人被应用于重工业、轻工业或是服务业领域,服务于人类,将人从部分繁重劳动中解脱出来。尽管传统刚性机器人技术已经相当成熟,应用范围也很广泛,但其质量大,加工成本昂贵,与非结构化环境的兼容性差等缺点是不可避免的。为此,受自然界静水骨骼结构的启发,可在非结构化环境中执行任务且运动灵活的软体机器人应运而生。本文应用目前技术较为成熟的气动肌肉,制作了变刚度软体气动手臂,并对其进行了理论分析和实验研究。由于气动肌肉以气压为动力,橡胶管和编织网之间存在摩擦,磁滞特性显著,因此其刚度特性呈现出非线性的特点,为此,我们设计了测试气动肌肉刚度的实验系统,并对实验结果进行拟合,得出自制气动肌肉刚度与其内部充入气压之间的关系。不难发现,气动肌肉在结构设计参数不变的情况下,可被看作变刚度弹簧,其刚度与压强成非线性关系。本文基于连续性理论和等圆弧假设,将软体气动手臂在空间的弯曲运动简化成等圆弧模型,建立了软体气动手臂的运动学和微分运动学模型,分析了手臂在空间的运动位置与组成该手臂的伸长型和收缩型气动肌肉长度变化量之间的关系,运用MATLAB软件仿真出该手臂的运动空间及末端执行器的速度变化曲线。同时,本文建立了软体气动手臂的静平衡模型,明确了该手臂在空间某一位置处于静平衡状态时,各根气动肌肉中充入的气压大小,及在同一平衡位置,伸长型气动肌肉的气压对于收缩型气动肌肉气压的影响。最后,通过搭建实验平台,分析了该气动手臂的动态特性,研究了手臂在运动过程中,收缩型气动肌肉内气压,伸长型气动肌肉内气压及负载变化对手臂运动空间的影响,为其动力学模型的建立打下良好基础。本文的研究可对软体气动手臂的应用及再开发提供一定的借鉴意义。