传统的刚性机械臂具有机构自重大、安全性差等缺点,难以实现轻量化、柔性化。研究人员提出了具有质量轻、环境适应性好、驱动简单、体积小等优点的柔性机械臂,已经成为机械臂技术的研究热点。但柔性机械臂存在刚度低、控制精度低和控制困难等缺点。于是提高柔性机械臂的刚度和控制精度,以及研究柔性机械臂的控制方法成为当前柔性机械臂技术的研究重点。本文针对柔性机械臂存在的问题,基于柔性驱动和散粒体阻塞机理设计出刚度可调的柔性机械臂;通过理论分析和实验研究对柔性机械臂的刚度调节特性进行研究;分析了柔性机械臂系统的工作原理,建立了柔性机械臂气动系统的数学模型;利用PID反馈控制器建立了柔性机械臂的控制模型,并借助Simulink工具进行数值仿真分析,利用实验平台进行实验验证。本文的主要工作内容和结论如下:1.通过静力学理论分析和实验验证,对柔性机械臂的主要构件变刚度杆进行研究。利用POM颗粒作为散粒体、硅胶材料作为外膜制作基于阻塞机理的变刚度杆,分析了散粒体阻塞过程;通过静力学分析得出真空度、外膜种类等因素与变刚度杆刚度关系的静力学方程;通过变刚度杆静力学实验,验证了变刚度杆静力学方程的准确性。得出通过改变真空度,变刚度杆的压缩刚度最大可以提高90.9%,弯曲刚度最大可以提高46.6%,剪切刚度最大可以提高61.1%;变刚度杆的压缩刚度远大于其它刚度,因此变刚度杆适合作支撑杆;2.对柔性机械臂的气动系统和控制系统进行研究。利用Festo气动肌肉作外膜,基于散粒体阻塞机理设计新型变刚度驱动杆,并以此为基础设计柔性机械臂;设计柔性机械臂的气动回路系统,分析气动系统的工作原理,完成气动系统元器件选型;设计柔性机械臂的控制系统,分析控制系统的工作原理,完成其余元器件选型,搭建柔性机械臂实验平台;3.对柔性机械臂系统的数学模型进行分析。分析气动系统各部分的数学模型,包括气动肌肉静态模型、气动肌肉动态模型、电磁阀模型;利用几何法构建了柔性机械臂的运动学模型,为柔性机械臂的控制奠定了基础;4.通过Simulink工具对柔性机械臂的控制策略进行研究。针对柔性机械臂控制难度大,控制精度低的问题,设计了闭环PID控制器;通过Simulink进行数值仿真分析,得出该柔性机械臂的长度控制精度稳态误差为±5mm,收敛速度在3.5s左右;最后通过实验平台验证了所设计控制器的有效性。