移动速度快、灵巧、平滑的拟人机器人手臂在医疗康复、航空航天、社会服务等领域越来越受到重视。在这些特殊领域,拟人机器人手臂的运动不单单是以完成具体的动作和功能为主要目标,还要求在运动过程中能根据具体环境需求快速、平滑、精确地进行运动和执行动作,甚至能像多关节人臂一样熟练和灵巧。另外,应用拟人机器人手臂的目的是能够替代或辅助人们完成一些重复劳动或特殊工作,人们不仅希望这些拟人机器人手臂能够根据周围环境灵活地改变自身形态来完成期望的任务,在执行任务中还希望能够减少其对自身或被接触人类的伤害,这就要求一些能够根据不同需求自动变换形态的智能软体型机器人代替金属骨架型机器人来完成。因此,如何从多关节人臂的运动机理特性出发,结合机器人手臂的机械特性,构建基于特殊仿人智能软体驱动器的拟人机器人手臂,实现其结构和功能仿生,是制造出功能集中、效率高、像多关节人臂一样灵巧和熟练的拟人机器人手臂的有效途径之一。基于现阶段在构建拟人机器人手臂中存在的软体驱动器建模与控制、先进控制等技术难题,本论文通过对拟人机器人手臂鲁棒非线性控制的研究,深入探讨了软体驱动器的机理特性与建模、仿多关节人臂运动机理的拟人控制器设计、多输入多输出机器人手臂的先进鲁棒控制等几个关键技术。其主要研究内容和成果包括:1.软体智能驱动器的特性分析与建模。软体机器人能在非结构化的环境中自如运动,具有优良的安全性和灵活性。虽然软体机器人有着传统刚性机器人无法比拟的优势,但材料的柔软性使得软体驱动器的运动机理变得极其复杂,给软体驱动器或机器人动力学建模、控制器设计等带来了极大困难。为解决制约软体机器人的这些实际应用问题,本论文以一种单腔双向弯曲软体驱动器为研究对象,讨论了基本结构、设计原理、强弯曲特性等问题。分析和研究了基于物理特性的压力输入和弯曲角度输出关系的位置控制模型,并通过实验数据辨识出一种实用的压力输入与力输出关系的力控制模型。2.拟人机器人手臂鲁棒非线性控制系统设计。通过对拟人机器人手臂的研究背景、研究意义及其发展现状的分析,提出了一种刚性和软体混合结构的拟人手臂系统总体结构框架,进行了拟人机器人手臂鲁棒非线性控制系统设计研究。在其控制系统设计中,首先,讨论了拟人机器人手臂非线性鲁棒控制系统总体架构,提出了以构成拟人机器人手臂的刚性机器人臂和软体纯软手指为主要控制和执行单元的两个子系统的控制性能指标。其次,分别设计了基于算子理论的鲁棒右互质分解技术的机器人臂与纯软微手鲁棒非线性控制子系统,完成了对机器人臂末端位置和软手指位置和力的控制研究。推导出了基于演算子的控制器和跟踪控制器,并对机器人臂鲁棒控制子系统进行了鲁棒稳定与跟踪特性分析与评价,讨论了鲁棒稳定与跟踪条件。同时,也对机器人软手鲁棒非线性控制子系统进行了鲁棒稳定与跟踪特性分析与评价,讨论了鲁棒稳定与跟踪条件。最后,对整个拟人机器人手臂系统的非线性鲁棒稳定与跟踪特性进行了分析讨论。3.基于多关节人臂结构与粘弹性特性的结构和功能拟人化方法。通过对如何将多关节人臂的粘弹性特性有效地应用在拟人机器人手臂系统设计与控制中的研究,探索出一种实现拟人机器人手臂的结构和功能拟人化方法,也就是通过对运动中多关节人臂粘弹性机理和机器人手臂的动态机械特性的分析与研究,设计出一种基于多关节人臂粘弹性特性的仿人臂控制器。4.基于演算子理论的不确定性补偿控制问题。模型不确定性会带来跟踪控制器设计困难问题,针对本问题,提出了一种基于演算子理论的不确定性补偿控制框架,通过设计基于标称模型特性的演算子观测器完成了对模型不确定的补偿,消除了不确定对设计精确跟踪控制器的影响。