电动执行器具有定位精度高、响应速度快的优势,但电动执行器普遍输出能力较弱且输出特性较“硬”。气缸具有结构相对简单、输出能力强且输出特性“软”的优势,但其定位精度与电动执行器相比有较大差距。本课题设计的电-气复合执行器则是将电动执行器和气缸在结构和控制系统上相结合,使其兼具电动执行器的定位精度和气缸的输出特性。此外,随着社会的持续发展和人民生活水平的不断提高,我国逐渐进入老龄化社会,随之而来的就是需要一定的劳动力来完成老年人的护理工作,因此助餐机械手应运而生,针对这一问题,本课题将完成的电-气复合执行器应用到助餐机械手上,复合执行器定位精度的优势以及输出特性“软”的特点可以在助餐机械手上得到很好的体现。首先介绍了电动执行器以及气缸的优势与缺点以及两者的应用和研究现状,此外还查阅了气动柔顺控制以及助餐机械手方面的研究现状,对目前的相关情况进行了初步的了解与掌握。然后,完成了电-气复合执行器基本原理的确定和机械结构的设计,建立了电动执行器部分和基于开关阀的气动系统部分的仿真模型,并对电动执行器闭环控制系统和气动力跟随系统分别进行了仿真,验证了定位精度和力跟随性能,在此基础上,建立了电-气复合执行器的整体仿真模型并完成仿真分析。接着,完成了电-气复合执行器的位置控制实验,验证了复合执行器的定位精度和力跟随能力。在通过仿真和实验的方式确定了电-气复合执行器能够达到目标要求后,为将其应用在助餐机械手上,结合实际用户对助餐机械手的使用需求,设定了一系列技术指标。在此基础上,对助餐机械手进行了机械结构和驱动结构的设计以及正逆运动学分析,针对助餐机械手的实际应用环境,选取了与用户接触的两种典型情况进行实验,测定了此两种典型负载的力学特性,建立了负载模型。此外,为避免助餐机械手在实际工作中误伤用户,本文进行了柔顺控制策略研究,确定为基于位置的阻抗控制,并对阻抗控制参数的影响进行了讨论。随后,基于实验确定的负载模型,进行了助餐机械手的单自由度柔顺控制仿真。通过调整阻抗控制参数控制单自由度时末端接触力在指标要求内。最后,根据电气复合执行器以及助餐机械手的机械结构和控制系统,对助餐机械手进行了轨迹规划,并在有阻抗控制和无阻抗控制两种情况下进行了末端执行器的轨迹仿真。通过调整阻抗控制参数控制多自由度时末端接触力在指标要求内。