气动人工肌肉既具有清洁、质量轻、价格低、易维护等气动元件的优点,与气缸相比,还具有较大的功率/体积比和功率/质量比,并且由于其力—位移关系特性与人类肌肉特性相似而具有很好的柔顺性。并联机构具有承载能力强、无累积误差、精度高和反应速度快等优点。本文提出一种由4根气动人工肌肉构成的气动人工肌肉群驱动的4-SPS/S并联机构,使用气动比例阀来控制气动人工肌肉的充气量实现气动肌肉收缩,从而达到多自由度的关节转角控制。该机构充分发挥气动人工肌肉与并联关节机构的优点,具有功率/重量比和功率/体积比大、结构紧凑、安装方便、成本低、运动平滑、自然柔顺性好、不易损害操作对象等诸多优点,在机器人、工业自动化、仿生机械等领域中具有较好的应用前景。本文的主要研究内容分为5章,分列如下:第一章阐述了本课题的来源和研究的意义,综述了气动人工肌肉驱动的并联机构国内外研究进展。第二章以6自由度Stewart机构为蓝本,根据构型演变方法得到了气动人工肌肉群驱动的4-SPS/S并联机构,并把所构建的机构命名为D4-S P S/Sxyz xyz xyz xyz,应用约束螺旋理论对所构建的4-SPS/S并联机构进行了自由度分析,准确获得了机构到底有那几个自由度;以Z-Y-X型欧拉角表示动平台的位姿,获得了机构位置逆解的显性式;针对并联机构的封闭正解难以准确获得的难题,本文基于BP神经网络算法获得了机构位置正解的求解模型,并进行了验证计算,验证表明误差完全满足要求。第三章建立了驱动支链杆长约束条件、支链球面副转角约束条件、支链干涉约束条件,从而建立了4-SPS/S并联机构工作空间求解模型,经过MATLAB软件计算获得了机构的工作空间,并分析了球面副最大转角对工作空间的影响,更加证明了新型气动人工肌肉端部连接器的优越之处;进而在工作空间范围内对4-SPS/S并联机构四个输入与三个输出关系进行了分析,确定了输入与输出的关系。第四章建立了机构的运动学影响系数矩阵,通过刚体绕定点运动的动力学方程建立了机构的动力学方程,结合气动人工肌肉的内腔充气压力-伸缩力-收缩比三者的非线性关系,建立了气动人工肌肉群驱动的4-SPS/S并联机构动平台位姿控制系统的数学模型,并应用MATLAB软件的Simulink进行了计算机仿真,仿真结果表明,通过输入一组可行控制电压来控制气动人工肌肉的内腔充气压力,可实现动平台的三自由度转动,而且系统运动平稳;并进行了静态力分析。第五章搭建了气动人工肌肉群驱动的4-SPS/S并联机构实验台,并且针对普通球铰最大转角过小不能满足本实验台的搭建要求,设计了新型气动人工肌肉端部连接器,从而扩大了气动人工肌肉的使用范围,使得本搭建方案得以实施;并且创新性地使用三个位移传感器构建了测量机构动平台位姿的测量机构,并阐述了测量机构测量动平台位姿的原理;用面向对象的编程语言C++设计了系统控制软件,运行之后,可正常控制系统动作。