气动柔性机械臂是一种基于仿生学原理,由柔性材料构成的气压驱动型软体机械臂,具有高柔顺性、强适应性并能够进行柔顺抓捕等优点,在生产、医疗、救灾及探测等方面具有广阔应用前景。精确的空间三维形状信息与运动轨迹规划是对柔性机械臂进行高精度控制的前提。在此背景下,本文针对气动柔性机械臂,开展了三维形状检测与轨迹规划方法的研究。主要研究内容包括:首先,设计并搭建了基于伸长型气动肌肉的柔性机械臂实验平台。参照章鱼触手中水骨骼的仿生理念,研制伸长型气动肌肉,并根据驱动方式与课题需求,确定气动肌肉的结构参数;以气动肌肉为组成单元,采用最优空间结构配置柔性机械臂的整体布局。基于Yeoh模型对所设计的柔性机械臂进行有限元分析,模拟受力发生弯曲形变过程。在此基础上,为满足柔性机械臂在气压驱动下运动过程的快速性与平稳性,对气动平台与电控平台的工作原理展开分析,确定系统组成与元件选型,最终完成了整个实验平台的设计与搭建,通过调试可保证实验平台的正常运行。然后,设计了基于气动肌肉长度信息的三维形状检测系统方案。在分段恒曲率假设条件下,分别对单段和多段柔性机械臂建立运动学方程,提出了基于长度信息的形状检测方法,并进一步基于泰勒级数展开实现奇异值规避。根据上述检测原理,开展了物理检测系统设计,确定传感网络的分布,完成系统的组建与元件选型,并开发了上位机软件界面。最后,通过MATLAB程序设计,分别在单段和多段机械臂两种情况下,展开数值仿真与物理实验的对比验证。最后,开展了多约束条件下柔性机械臂轨迹规划方法研究。针对单段柔性机械臂逆运动学模型提出了基于几何参数轨迹规划方法;然后,分别针对单一路径点和多路径点两种情况,提出了基于五次多项式插值的轨迹规划方法;针对多段柔性机械臂提出了基于多段逆运动学模型最优解的轨迹规划方法,实现了对末端轨迹的跟踪。