气动肌肉具有柔顺性,其驱动的肘关节轻质柔顺、功重比高且仿生性好,有利于提高人机协作的安全性。但气动肌肉具有强的非线性和迟滞性,影响肘关节的位置控制精度。在自主研制的气动肌肉基础上,制备直径40 mm气动肌肉,设计气动肌肉驱动的四连杆肘关节;基于肘关节迟滞模型,设计前馈积分逆补偿器(Integral Inverse Compensator,I-I C),提高位置控制精度。首先,建立气动肌肉静态模型;根据工作原理,制备直径40 mm气动肌肉;搭建测试平台,测试并分析气动肌肉收缩量、输出力、刚度及迟滞性能。其次,参考人体手臂参数和肌肉发力原理,确定肘关节指标和驱动方式;根据项目要求,设计四连杆机构;建立转角、气动肌肉长度与上臂尺寸之间的数学关系,搭建Simulink仿真平台,分析驱动力;使用SolidWorks设计三维样机,并制作了肘关节实物样机;搭建控制系统及测试平台。然后,测试肘关节的转角范围和负载能力,分析迟滞特性;建立肘关节迟滞的PI(Prandtl-Ishlinskii,PI)模型,采用Levenberg-Marquardt法辨识模型参数,对比分析传统PI(Classical Prandtl-Ishlinskii,CPI)和改进PI(Modified Prandtl-Ishlinskii,MPI)模型建模结果,可知MPI模型对非对称迟滞曲线拟合度更高;基于MPI模型,设计前馈积分逆补偿器,并与PID组成积分逆补偿控制器(I-I-PID);完成了I-I-PID与PID控制器的位置控制仿真,结果表明I-I-PID控制效果更佳,当跟踪变幅值、变周期信号时,补偿效果减弱。最后,给定等幅、等周期正弦信号,进行PID和I-I-PID控制实验研究;根据实验中发现的补偿效果受负载影响较大及角度死区问题,采用在补偿器中加入驱动力变化影响系数及分段PID的方法来提高控制精度;设计碰撞实验,验证I-I-PID下,肘关节对变周期信号的跟踪效果;实验结果表明,I-I-PID可以提高肘关节位置控制精度,但I-I-PID属于静态补偿,当跟踪信号频率较高或负载动态变化时,补偿效果减弱。