针对传统刚性关节、非线性类肌肉关节难以满足新的制造模式对自适应、智能化生产需求的问题,提出了一种变刚度、高性能形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)-电机复合驱动仿生肘关节,通过研究仿生肘关节各扰动耦合要素与整机刚度、末端位姿的映射关系,建立“SMA-电机”复合驱动仿生肘关节变刚度调控模型、运动学模型与动力学模型,分析仿生肘关节的变刚度特性、运动学与动力学特性,并对其分别进行仿真验证。本文的主要研究内容主要分为以下几点:(1)复合驱动仿生肘关节结构设计与运动学研究针对传统机器人关节功率质量比低、传动复杂等问题,受人体肘关节生物结构的启发,设计了一种基于形状记忆合金与电机的复合驱动仿生肘关节,并采用复合驱动关节代替六自由度关节机器人的第四、第五关节,基于D-H理论建立机器人整机运动学模型,求解复合驱动仿生肘关节与机器人末端位姿的映射关系,通过复合驱动关节转角的理论值、误差值和神经模糊控制的修正值在机器人末端位姿X、Z、Y三个方向上的对比,进一步证明了复合驱动仿生肘关节在神经模糊控制下具有较高的运动精度,满足设计需求。(2)复合驱动仿生肘关节变刚度研究针对传统刚性关节输出刚度不可调、无法实现力/位姿精度双重控制的问题,基于SMA本构力学模型、理论力学与人体肘关节刚度输出特性,建立了复合驱动仿生肘关节变刚度调控模型,分析不同加热温度、不同SMA丝径、不同SMA丝长情况下复合驱动关节刚度输出特性,探究复合驱动仿生肘关节变刚度调控机理。仿真结果表明设计的复合驱动仿生肘关节具有变刚度特性,通过改变SMA丝径、SMA丝长以及SMA丝加热温度可以实现复合驱动仿生肘关节的变刚度调控。(3)复合驱动仿生肘关节动力学研究针对形状记忆合金-电机复合驱动关节应力应变非线性、形变时滞性、多因素耦合影响关节运动精度的问题,分别提出双输入-四输出的模糊控制算法、以生物基因调控网络(Gene Regulatory Network,GRN)为基础的时空耦合模型,分析复合驱动关节位姿与力的反馈信息对关节运动状态的影响,基于拉格朗日动力学,构造复合驱动关节调控模型并推导复合驱动关节俯仰运动和旋转运动的动力学方程。研究结果表明所构建的复合驱动仿生关节调控模型可以有效降低关节俯仰和旋转运动的位置误差和速度误差,可以实现“SMA-电机”复合驱动仿生肘关节的精准位姿控制。