人工肌肉是一种柔性驱动器,可以产生类似生物肌肉的长度收缩与恢复的动作输出,在连续体机器人、仿生机器人、可穿戴设备等领域具有很高的应用价值。聚合物螺旋卷绕型人工肌肉是一种基于聚合物材料纤维经过加捻卷绕而成的螺旋线圈状新型人工肌肉,具有迟滞效应小、循环寿命长、原材料和制作成本低、能量密度高、可输出变形量大等特点,在柔性驱动领域应用前景广阔。本文以聚合物螺旋卷绕型人工肌肉为研究对象,总结不同类型、驱动形式的人工肌肉的制作方法与制作过程;搭建了一种多功能人工肌肉的制作平台,利用这种平台可以快速、简单可重复的制作同手性人工肌肉;对制作人工肌肉的参数与制成的人工肌肉几何尺寸参数进行了测量与分析。针对人工肌肉的几何模型,解释了人工肌肉在从普通的直线原线制作为螺旋线圈形的过程中发生的几何变化;从聚合物材料受热时形变的各向异性角度出发,解释了人工肌肉的热驱动机理和手性不同的人工肌肉长度规律;使用单位载荷法,建立人工肌肉在温度变化后的宏观静力结构形变模型。建立了人工肌肉的静力学模型;选择空气加热的方法作为人工肌肉力学性能实验的加热方法;设计一套可以测量人工肌肉的力学性能的测量装置,并通过改变温度、长度进行多组实验,确定了人工肌肉的静力学模型参数,使人工肌肉可以在应用中可以被定量分析。面向线驱动平面对称关节模块类的应用场合,分析了应用人工肌肉作为线性驱动器时的正向关节几何尺寸设计、静力学分析的过程;将人工肌肉应用到3D打印的对称关节模块中做为驱动器,通过加热人工肌肉拉动关节带动负载偏转,对偏转角实际值与理论值进行了比较。为人工肌肉作为线性驱动器应用在机械结构中奠定了理论和实践基础。