共融机器人可实现与作业环境、人和其它机器人自然交互,可自主适应复杂动态环境并协同作业,是当前机器人领域的重要研究方向之一。传统的电机、气缸等刚性驱动器难以满足共融机器人所需的人-机-环境安全交互的需求;由低模量柔性材料制成的柔性驱动器具有柔顺性好、自由度数无限、自适应能力强等特点,适合实现复杂的人-机-环境交互。目前常用的电活性聚合物、形状记忆材料、流体压力柔性驱动器等柔性驱动器具有与生物肌肉类似的输出特性,能一定程度上满足共融机器人的驱动需求。但这些驱动器分别具有驱动电压高、输出线性度差、气源装置体积较大等局限性。聚合物纤维卷绕型人工肌肉以其输出线性度高、迟滞小、驱动装置简单等优点,为共融机器人的驱动提供了一种新的选择。但目前聚合物纤维卷绕型人工肌肉存在力学模型不完善、温度传感不准确、变形传感集成度低、人工肌肉驱动的机器人变形幅度小、运动精度差等问题。为解决这些问题,本文建立了描述人工肌肉温度、负载、变形之间关系的力学模型,从而获得了人工肌肉结构参数对其性能的影响规律;提出了阻抗随变形量变化的炭黑导电尼龙卷绕型人工肌肉和阻抗随温度变化的镍丝复合卷绕型人工肌肉两种功能复合型人工肌肉;提出了利用人工肌肉自身阻抗变化实现其变形和温度传感的方法;研制了人工肌肉驱动的二维弯曲软体机械臂,提升了人工肌肉驱动的软体机器人变形幅度和运动精度。本文首先基于高度扭转的聚合物纤维本构关系建立描述其温度与解旋力矩关系的热应力模型;基于虚功原理建立描述人工肌肉解旋力矩、负载与变形量之间关系的结构形变模型;将二者整合建立描述人工肌肉温度、负载与变形量之间关系的完整力学模型。通过对力学模型进行分析得出人工肌肉结构参数对其性能的影响规律,为人工肌肉的结构设计与工艺参数选取提供理论依据。为实现基于人工肌肉自身阻抗变化的变形、温度传感,提出电阻随变形量变化的炭黑导电尼龙卷绕型人工肌肉和电阻随温度变化的镍丝复合卷绕型人工肌肉。为实现两种人工肌肉的制作,首先以人工肌肉力学模型为指导,通过实验探索人工肌肉制作工艺参数对其结构和性能的影响,以此为依据确定了人工肌肉制作工艺参数的选取原则。根据工艺参数选取原则选择合适的参数完成炭黑导电尼龙卷绕型人工肌肉和镍丝复合卷绕型人工肌肉的制作,为基于自身阻抗变化的人工肌肉变形和温度传感提供基础。设计针对炭黑导电尼龙卷绕型人工肌肉的电阻采样电路,实现人工肌肉变形的传感,变形传感分辨率小于0.466mm。设计针对镍丝复合卷绕型人工肌肉的电阻采样电路,实现人工肌肉温度的自传感与控制。温度自传感控制的阶跃响应上升时间小于1.6s,稳态相对误差为0.44%,带宽频率为0.17Hz。基于温度自传感与控制方法提出人工肌肉变形量前馈-反馈控制系统,其阶跃响应上升时间小于6s,稳态相对误差为3.3%,带宽频率为0.13Hz;基于温度自传感与控制方法提出人工肌肉输出力双闭环控制系统,与单闭环系统相比,其阶跃响应上升时间缩短了25%,稳态误差减小了49%,带宽频率提升了50.7%。相关工作实现了利用人工肌肉自身阻抗变化进行变形和温度的传感,与现有工作相比,所提出的传感方案不需外部传感器,具有结构紧凑,系统集成度高的优点。开展人工肌肉驱动的二维弯曲软体机械臂研制。建立描述人工肌肉长度与软体机械臂弯曲姿态关系的几何模型,建立描述软体机械臂弯曲姿态与末端欧拉角关系的运动学模型,为软体机械臂的弯曲姿态解算提供依据。建立描述人工肌肉与软材料协调变形的静力学模型及有限元分析方法,并基于此对人工肌肉工作空间进行分析。通过实验研究软体机械臂输出特性,模块最大弯曲角度为49.1°,最大输出力为147m N。基于人工肌肉温度自传感控制方法建立软体机械臂弯曲姿态闭环控制系统,软体机械臂Roll,Pitch方向运动的带宽频率分别为0.049Hz和0.058Hz;Roll,Pitch方向的控制精度分别为2.87%和1.18%。与现有人工肌肉驱动的软体机器人相比,所研制的软体机械臂变形幅度与控制精度均有提升。