本文密切结合下肢康复领域中对机器人柔性驱动的需求,在国家青年基金项目的资助下,以天津大学自主研发的一种新型足底驱动柔性步态模拟机构——AirGait为研究对象,系统地研究了气动人工肌肉的非线性迟滞建模、基于气压/位移迟滞补偿的气动人工肌肉轨迹跟踪控制、AirGait的运动学建模与轨迹跟踪控制,并开展了相应的实验研究。全文取得了如下创造性成果:在系统总体方案设计方面,建立了人体下肢运动学模型,并带入关节角度数据得到足底运动轨迹,在此基础上用傅立叶级数拟合得到其对时间的函数表达式,作为第五章的系统输入模块的拟合轨迹。随后在确定了系统设计总则的基础上,分别对AirGait的机械系统、气动系统和控制系统进行了方案设计。在气动人工肌肉迟滞建模方面,突破了传统对称型迟滞模型的桎梏,引入了在压电陶瓷、智能材料等领域广泛应用的SGPI模型和MPI模型系统地研究了气动人工肌肉的气压/位移迟滞建模。采用非线性最小二乘法Levenberg-Marquardt（L-M）方法对模型中的参数进行了参数辨识。同时,创造性地提出一种新的积分型迟滞模型——MGPI模型,该模型由有限个左右对称型的广义线性play算子串联连续的非凸且非对称的死区算子组成。参数辨识结果表明,该模型在显著减少模型的算子和参数个数的同时,显著提高了非对称型迟滞模型的建模精度。在气动人工肌肉轨迹跟踪控制方面,详细地介绍了气动人工肌肉轨迹跟踪控制的迟滞补偿控制的原理。在此基础上,针对高速开关阀控制精度差的问题,提出了一种基于迟滞模型补偿的串级控制策略,该控制策略中外环为位置控制回路,内环为气压控制回路。实验结果表明,相较于传统的反馈控制,该控制策略在降低控制成本的同时显著提高了高速开关阀驱动的气动人工肌肉轨迹跟踪控制的精度。同时,在采用比例调压阀作为驱动电磁阀的基础上,提出了基于MGPI迟滞逆模型补偿的前馈/反馈控制策略。实验结果表明该控制方法具有很高的控制精度和鲁棒性。在AirGait轨迹跟踪控制方面,基于模块化思想,将该步态模拟机构的运动控制系统划分为四个子系统模块:系统输入模块、位置逆解模块、单支链驱动控制模块和位置正解模块。首先对AirGait进行运动学分析,在此基础上推导出其运动学正逆解模型,为其位置正逆解模块提供理论依据。随后采用关节空间控制方法结合各子模块构造出AirGait的轨迹跟踪控制模型。最后,分别基于拟合轨迹和复合轨迹对AirGait开展了轨迹跟踪控制实验研究。实验结果表明,动平台和各运动支链能有效地跟踪期望的轨迹,从而验证了该控制方法的有效性和精确性。本文研究成果已用于一台AirGait物理样机的设计与研发,对充实和推动柔性驱动下肢康复机器人的设计与控制方法,推动其在下肢康复领域中的应用具有重要的理论意义与实用价值。