随着机器人在仿生、服务、康复医疗领域的不断研究,人们对驱动器的重量、柔性、安全性的要求也越来越高。气动人工肌肉因其重量轻、驱动力大、特性与人类肌肉相似等特点,受到海内外研究人员的广泛关注。本课题将气动肌肉驱动的机器人关节为研究对象,通过理论分析和试验研究相结合的方式,建立出气动肌肉的静动态数学模型,并作用在机器人关节上。在气动肌肉驱动的机器人关节控制系统动态特性研究的基础上,设计了基于模糊控制理论和PID控制理论的模糊PID控制器,并与常规PID控制器进行了仿真对比分析。首先,针对限制气动人工肌肉收缩力的主要因素,采用理想模型通过解析法建立出驱动力、压力、收缩位移三者之间的函数关系。经试验和仿真研究,对所建的数学模型进行了验证,分析了机器人关节驱动器的静态特性,并利用试验数据对模型进行参数辨识,建立了比原模型准确性更高的气动人工肌肉修正模型。其次,从机械结构、气动回路、控制系统硬件等方面出发,设计了机器人关节试验台;采用气动人工肌肉修正模型,建立出机器人关节的静态数学模型,得到关节旋转角度与两根肌肉容腔内压力差间的对映关系;考虑高速开关阀的流量方程、气动人工肌肉的动态特性方程、关节的动力学方程,建立出机器人关节控制系统的动态模型。最后,利用不需要被控系统精确数学模型的模糊控制理论,对基于气动肌肉的机器人关节控制系统采用了模糊PID控制策略。通过计算机仿真对比发现,常规PID控制响应速度慢,超调量大,受到干扰信号影响后的调节时间较长。与常规PID控制相比,模糊PID控制超调量小,响应快,鲁棒性强,适用于气动人工肌肉驱动的机器人关节的控制。