气动人工肌肉是一种新型的气动执行元件,它具有安全柔顺、类生物肌肉特性等优点,得到了国内外学者的研究与关注。气动人工肌肉具有非线性,严重影响了气动人工肌肉位置、力和刚度的控制精度。本文基于气动仿生机械手臂控制系统的研究与应用,搭建了气动实验平台,并应用滑模和阻抗等控制算法对其各个关节和手臂进行控制。为得到肘关节力和刚度精确的数学模型,本文搭建测试平台对单根气动肌肉做测试实验。根据气动人工肌肉的输出力、位移和气压之间的关系,建立了单根气动人工肌肉的静态数学模型,并由实验所测得的样本数据对模型中的各个参数进行辨识。根据辨识结果建立双根气动人工肌肉搭建的拮抗型仿生肘关节的力和刚度模型。在此数学模型的基础上,分别采用PID控制、滑模控制（Sliding Mode Control,SMC）方法对单根气动人工肌肉的位置进行跟踪。实验结果表明SMC具有更好的轨迹跟踪效果。在仿生肘关节数学模型的基础上,本文设计双输入双输出的滑模控制器,用于对拮抗关节的力和刚度进行跟踪控制。设计并改进了饱和度函数,实验结果表明优化后的滑模控制率能减弱传统滑模控制的抖振,证明了 SMC控制方法的有效性。双输入双输出控制算法实验证明了力与刚度的同时控制具有好的跟踪效果。在PID位置控制的基础上设计阻抗控制器来修正给定位置,实现仿生肘关节的柔顺运动,并分析三个阻抗参数对阻抗控制的影响。基于阻抗控制实验平台,在不同条件下做了阻抗控制实验,实验结果表明,肘关节具有良好的主被动柔顺性。最后,基于前期的理论研究与实验,完成柔性仿生机械臂总体设计与集成工作,并对其进行运动学分析。设计了柔度测试实验、力安全阈值测试实验等。并对仿生手臂进行了整体控制,实现对物体的抓握。