水压传动的能源、资源、物力及财力消耗要远远低于油压传动和其他介质传动,水液压驱动柔性臂Water Hydraulic Flexible Arm(WHFA)具有良好的柔性、绿色环保等特点,并以其优异的驱动性能广泛应用于机器人和自动化生产线等领域,产生了巨大的经济效益和社会效益,在食品、医疗等领域有很大的应用价值,尤其适于多种非结构环境下工作,如在深海作业等。本文在传统水液压人工肌肉Water Hydraulic Muscle(WHM)的结构基础上,结合仿生学设计理论,根据生物静水骨骼的工作原理,提出了一种将液体与非线性复合材料混合相作为压力介质的混合相驱动柔性臂Mixed Phase Activated Flexible Arm(MPFA),由于混合相密度小于同体积纯水密度,而又具有一定的刚度,这样不但能大幅度减小柔性臂在高负载时的整体密度,还能提高该结构在无内压驱动负载时的刚度。该柔性臂结构是由柔性单元依次串联、并联组合后得到的,组合式模块化的设计不仅便于柔性臂的理论分析设计,还有利于后期的拆卸维修等工作。对柔性臂的组成单元进行伸缩、弯曲特性分析,并在其变形平面内建立几何模型,然后在弯曲平面内对并联单元、串联单元进行几何分析,最终得到柔性臂在工作变形平面内的空间位置、弯曲角度和变形量与其直径、伸缩率间的关系。对柔性结构进行基本特性的理论分析与实验研究,用ProE建立初步的三维模型,并通过ANSYS中超弹性模型对其进行仿真计算,得到在不同工作压力条件下该柔性结构的应力、应变与结构尺寸之间的关系,对柔性结构建立多目标参数优化函数,经过优化结果的分析处理选择适合柔性臂结构的尺寸参数,进一步仿真计算结构在一定工作压力下的的最大应力、应变。最后,在上述理论研究的基础上,通过DOE进行实验方案的设计并选择相应的实验设备和器材,分别对不同壁厚的柔性臂结构进行实验分析,对比混合相驱动和水液压驱动下的柔性臂结构特性与应力-应变关系,实验主要在柔性臂结构刚度、工作响应时间和载荷-变形关系等三个方面进行详细分析,并进行柔性臂整体工作的实验研究。