随着机器人技术的发展,人们希望新型的机器人手臂具有精度高、响应快、承载能力大等特点,同时也希望具有良好的柔顺性,以获得更好的安全性和自恢复能力。气动肌肉就是在这样的背景下引起了研究学者们的重视。气动肌肉是一种新型的气动执行元件,具有结构简单、功率/自重比大、柔顺性好以及和生物肌肉特性接近等优点,使其在仿生机器人、仿生医学、服务机器人等领域拥有广阔的应用前景。本文以气动肌肉为驱动装置,设计开发了具有三个关节的机械手臂,为气动肌肉应用在仿人手臂领域做出了新的尝试。本文的主要工作有:在手臂机械系统设计方面,设计手臂包含三个关节,分别为肩关节、肘关节和腕关节,每个关节实现两个自由度的运动。其中肩关节的每个自由度分解为两部分执行机构分别完成,肘关节和腕关节则采用十字轴的形式实现两自由度运动。模块化的设计方式使机械手臂的结构紧凑,便于安装和调试。基于虚功原理建立了气动肌肉的基本静态模型,在分析了影响模型精度的各种因素的基础上,提出了对气动肌肉的最大收缩率进行修正的改进模型的方法,并给出了气动肌肉的改进模型。通过实验验证了这种改进方法的正确性和可行性。在气动肌肉静态模型的基础上,推导了气动肌肉驱动关节的理论模型,得到了关节转角θ和气动肌肉输入压力差ΔP成线性关系的结论。当关节转矩一定时,两者成正比关系。实验结果验证了关节模型的合理性、有效性。搭建了气动肌肉机械手臂系统的整体实验平台,对手臂的整体性能进行测试。并以手臂末端关节为例分析了气动肌肉关节的动态响应特性。实验证明气动肌肉关节的动态响应特性良好。