功率重量比大等优点，引起了国内外学者的广泛关注。本文以气动人工肌肉为研究对象，根据已有的理论基础，得到了气动人工肌肉较完整的静动态数学模型，并应用于气动机械手关节上，在对气动人工关节控制系统特性分析的基础上，应用变结构控制方法设计了全局滑模变结构控制策略，并通过仿真，分析了控制器对外界干扰和外部参数的鲁棒性，达到了良好的控制效果。本文首先基于气动人工肌肉理想静态数学模型，结合已有的考虑橡胶弹性力、肌肉末端弧度和肌肉内部摩擦力影响的改进数学模型，得出气动人工肌肉相对简单又符合实际的较完整的静态数学模型。气动人工肌肉的进气排气流量通过高速开关阀来进行控制，而开关阀作为一种数字阀，通过PWM信号以占空比的形式来控制阀的流量，实现肌肉内部压力变化，进而带动关节转动。基于此，再结合已有的将气动人工肌肉作为变截面气缸的思想，得到了其内部动态微分方程。其次，根据单根气动肌肉和弹簧对拉关节系统的工作原理，建立关节的静态数学模型，分析充气压力和弹簧刚度对关节转角的影响。根据已有的气动人工肌肉动态微分方程和关节的动力学方程，建立以角度、角速度和充气压力为状态量的状态方程，通过比较开环系统中的实验曲线和仿真曲线，证明所建立的数学模型很接近实际系统，此模型是正确的，这为后面的控制器设计打下了良好的基础。同时分析各个参数对系统输出角度的影响，以便于在控制器设计中，采取有效的方法达到关节角度控制的快速性和高精度性。最后，针对气动人工关节伺服系统强非线性、难于建立精确数学模型的特点，在对其模型进行化简，得到了更简单且符合实际的被控对象的三阶非线性系统模型的基础上，借鉴滑模变结构控制对系统的数学模型对不确定性和外部扰动是鲁棒和不敏感的特点，提出了气动人工关节位置伺服系统的全局滑模变结构控制策略，仿真分析了控制器在不同参数情况下的跟踪效果。实验结果表明，该控制方法能够使系统的动态特性得到改善，且响应平滑、超调量小，对扰动和外部参数的变化具有良好的鲁棒性，适合于气动人工关节位置伺服系统的控制。