根据我国最新的全国残疾人抽样调查,我国社会存在着基数很大的手臂残疾人群。与此同时,随着老龄化程度的逐步加深,我国需要被照顾的老年人越来越多。对于这些人,国家在日常护理工作上每年都会投入大量的人力物力。一款能够帮助残疾人和老年人能让他们自己完成日常三餐的设备将会很好的缓解这一问题。目前,国内助餐机器人市场中大多数产品为进口产品,自主研发一款经济实用的助餐机器人可以填补我国在该领域的空缺。基于这一背景,本文进行了基于气动柔顺控制的助餐机械手的研究。由于气体具有可压缩性,气动设备输出的力本身就较“软”,当气动设备与环境接触时,可压缩的气体可以作为缓冲,对人友好,非常适合用于人机交互的场合。在此基础上,在助餐机械手的控制系统中加入柔顺控制,确保助餐机械手末端执行器与用户接触时表现出足够的柔顺性,避免产生过大的接触力。本文从手臂功能障碍人群对助餐机械手的实际需求出发,规定了助餐机械手的设计指标,设计了基于气动柔顺控制的助餐机械手结构。通过运动学分析,确定了助餐机械手的工作空间,并对典型的工作路径进行了轨迹规划。论述了开关阀的特点以及PWM的调制原理。通过合理的简化,使用质量流量方程、压力微分方程、力平衡方程建立了基于开关阀的气动系统非线性数学模型,并搭建了相应的仿真模型。结合设计完成的助餐机械手结构,对主要元件进行了选型。并对助餐机械手工作时的典型工况进行了分析,讨论了典型负载的力学特性。在控制系统中加入基于位置的阻抗控制,实现助餐机械手的主动柔顺性。论述了阻抗控制基本原理,分析了期望刚度、期望阻尼、期望质量对于阻抗控制的影响,从而明确了阻抗控制参数的选取原则。并对单自由度气动执行器接触环境负载进行了仿真。根据助餐机械手三维模型搭建了助餐机械手虚拟样机,通过虚拟样机和控制系统进行了联合仿真。对助餐机械手的单关节运动、末端执行器轨迹、末端执行器与用户接触的典型工况进行了仿真分析。助餐机械手各个关节协调运动,末端执行器的稳态位置误差在1mm以内;在阻抗控制的作用下,末端执行器与用户之间的接触力处于安全范围内;用户对末端执行器施加力,助餐机械手可以顺从力进行运动。