基于气动肌肉的外骨骼上肢助力系统是一种在军事行动和灾难救援、救护、辅助老年人和肌肉无力患者等需要增强人体机能的场合,提供辅助力的装置。气动肌肉作为一种新型气动执行元件,由于气动肌肉与生物肌肉具有很大的相似度,并且具有很高的功率质量比和功率体积比,提高了外骨骼的柔顺性,而且还有响应速度快、成本低廉、安全可靠等优点,将其作为外骨骼机器人的驱动器逐渐受到研究者的青睐。但国内外关于气动肌肉的外骨骼系统研究工作,主要着重于身体局部康复辅助装置的研究和开发。本文首次将气动肌肉用于外骨骼上肢助力系统,开展相关的研究。首先,本文在分析人体上肢运动机理的基础上,提出适合穿戴的基于气动肌肉的外骨骼上肢助力系统设计方案。主要包含肩关节和肘关节四个自由度的设计。执行元件为气动肌肉,传动方式采用钢丝线传递。接着,对该机构进行运动学动力学分析,并用ADAMS进行仿真分析。以此验证结构设计的正确性。此外,在外骨骼上肢机构设计的基础上,设计了满足关节位置控制和人机协调动作控制的控制系统。每根气动肌肉采用两个高速开关阀实现进气和排气的独立控制。在此基础上,建立了基于气动肌肉的外骨骼上肢助力系统的数学模型,并对系统特性进行了研究。利用Simulink工具软件对系该统进行抬起重物过程的仿真,验证了系统模型的正确。最后,搭建基于气动肌肉的外骨骼上肢助力实验平台,进行系统性能实验研究。用PID控制策略实现肘关节和肩关节的位置控制。并且对肘关节进行了初步的人机协同动作实验研究。实验结果证明,系统的阶跃响应性能较好,并且有一定的适应负载变化的能力,肘关节能实现人机协同动作。完成辅助人体抬起重物的过程,提高人体机能。