随着机器人技术的迅速发展,具有高柔顺性的仿人手臂由于其质量轻、功率密度比高、人机交互性好等优点,在医疗和服务领域中得到广泛的应用。但是新型的柔顺驱动器不同于传统的电机驱动,柔性驱动器和刚性机构的耦合是目前刚柔耦合机器人的研究重点,研究准确、实用的动力学模型对刚柔耦合手臂的研究具有重要意义。在此基础上,应用优化计算技术提高仿人手臂功率密度比,使其功率质量比最大。因此,本文针对柔顺驱动的刚柔耦合仿人手臂展开研究,主要内容如下:(1)建立了柔顺驱动器的数学模型:①考虑橡胶管弹性、橡胶管与纤维编织网的摩擦,建立了完整的气动肌肉(PneumaticMuscle,简称PM)静力学模型,并与理想的气动肌肉数学模型比较,证明完整静力学模型的优越性;②通过形状记忆合金丝(Shape Memory Alloy,简称SMA)的热学模型、相变模型和应变模型推导了本构模型。(2)基于上述柔顺驱动器模型,结合本实验室设计的一款刚柔耦合仿人手臂结构,分别建立了肘关节和腕关节的动力学模型。(3)针对建立的动力学模型,确定了约束函数、设计变量和优化函数,以功率质量比最大为优化目标,应用Matlab遗传算法优化工具箱进行优化计算,并根据优化结果,比较优化前后的仿人机械臂性能。(4)设计了基于形状记忆合金丝的智能气动肌肉,以完善柔顺驱动器的驱动性能,建立智能气动肌肉的数学模型,通过Matlab/Simulink仿真,验证智能气动肌肉的驱动性能,相对于传统气动肌肉有很大的提高。