随着机器人开发的不断深入以及特殊聚合体材料和智能材料的诞生,作为机器人和智能机械系统驱动关键的人工肌肉已成为仿生领域的研究重点。作为近年来快速兴起的新型智能材料,仿生人工肌肉是新时代广大学者的宠儿,且在微型机器人、医疗、航空设备等领域存在巨大的潜在应用价值。然而,研究发现,仿生人工肌肉仍存在诸多问题影响其服务于实际的需要,毫牛级的输出力大大限制了仿生人工肌肉的应用。另外,凝胶聚合物仿生人工肌肉在力输出的过程中存在一种类似于人类肌肉的“病理性震颤”现象,这种震颤行为在一定程度上能够显著的影响仿生人工肌肉的运动的平稳性与性能的输出。因此,为了推进仿生人工肌肉在实践应用领域的发展,迫切地需要对这种震颤现象进行深入的研究。针对提高仿生人工肌肉的致动性能以及改善其在电激励实验中出现的输出力震颤行为而引发的工作不稳定问题,本文以天然高分子海藻酸钠为原料并结合冷冻成型干燥工艺,提出了仿生人工肌肉的制备方法;以丙三醇为保湿剂,研究不同含水量的驱动层对仿生人工肌肉的输出力性能及其震颤行为的改善效果;以冷冻成型温度为变量因素,研究冷冻成型温度对仿生人工肌肉输出力性能及其震颤特性的影响规律;同时,为解决传统的仿生人工肌肉存在的价格昂贵、生物交联存在毒性等问题,采用生物交联剂对驱动层进行交联,研究不同交联比例下仿生人工肌肉输出力性能及其震颤特性;论文主要的研究工作包括以下几个方面:（1）以天然高分子海藻酸钠制备仿生人工肌肉,提出仿生人工肌肉的冷冻工艺制备方法;建立仿生人工肌肉的输出力、位移测试系统及仿生人工肌肉的输出力震颤评价体系（力学性能、电化学性能、离子通道、保水率性能等）;研究了海藻酸钠的浓度对仿生人工肌肉的驱动层的性能的影响,确定了制备仿生人工肌肉的最佳海藻酸钠浓度。（2）以丙三醇为保湿剂,研究不同保湿剂添加量下驱动层对仿生人工肌肉的输出力及其震颤特性;通过分析不同保湿剂添加量对驱动层内部含水量的影响,研究保湿剂对仿生人工肌肉输出力性能、响应速度及其震颤特性的影响;阐释了保湿剂的添加量对仿生人工肌肉输出力震颤行为的改善机理:保湿剂的分子较小,可以与海藻酸钠分子相互穿插并形成氢键,这就使得原海藻酸钠分子相互之间形成的氢键被破坏,使高分子链段间的流动性及滑移能力增加,驱动层内水分含量逐渐增加,使得大分子之间形成的氢键减少,分子间的作用力被削弱,大分子链段内旋转所需的活化能降低,使其容易产生变形,进而增强了仿生人工肌肉的输出力性能及其响应速度;过大的保湿剂的添加量对驱动层的含水量影响不大,反而会因保湿剂自身的粘性阻力增加离子的运动阻力。（3）采用冷冻工艺制备了仿生人工肌肉,研究不同冷冻成型温度下仿生人工肌肉输出力、响应速度及其震颤特性;根据驱动层的性能测试,给出各个冷冻成型温度下制备的仿生人工肌肉输出力及其震颤特性之间的差异,给出最佳冷冻温度并阐明冷冻成型温度对仿生人工肌肉输出力性能、响应速度及其震颤行为的改善机理:较高的冷冻温度制备的驱动层在厚度方向发生收缩现象,使得驱动层内部的离子通道降低,不利于驱动层内部离子的运动;较低的冷冻温度形成细小的晶粒,晶粒之间的相互扩散使其结合力增强,离子通道的连通性较好,为驱动层内部运动的离子提供了大直径的运动通道;但由于驱动液的结晶温度是固定的,过低的冷冻温度对仿生人工肌肉的输出力、响应速度及其震颤特性的改善并不明显。（4）以氯化钙溶液为交联剂制备了仿生人工肌肉,通过傅里叶红外光谱分析以及驱动层的微观结构证明了驱动层内部交联结构的存在;通过不同交联剂比例实验,研究生物交联工艺下仿生人工肌肉输出力性能、响应速度及其震颤特性;通过不同交联剂比例下的驱动层的性能实验对仿生人工肌肉输出力及其震颤行为的分析,阐明生物交联对仿生人工肌肉输出力震颤特性的改善机制,生物交联会在驱动层的内部产生交联结构,在一定程度上改变驱动层内部的空间结构;未交联的驱动层因内部离子通道过大,会引起驱动液流失,不利于仿生人工肌肉的力输出;过大的交联比例会因驱动层内部产生团聚的交联结构而使得驱动层内部的离子通道间的连通性不佳,其为离子提供的运动通道受到一定的限制,进而使得驱动层内部的离子运动受到束缚。（5）针对仿生人工肌肉的输出力震颤行为进行预测研究,结合仿生人工肌肉输出力震颤特性、灰预测的主要特点及灰色系统的相关理论,采用灰预测方法对仿生人工肌肉输出力的震颤行为进行预测。基于GM（1,1）模型,建立仿生人工肌肉输出力震颤特性的预测微分方程,对仿生人工肌肉的震颤发生时间进行预测分析;对GM（1,1）模型进行改进,加入滑动平均计算、单调性检验、凹凸性判断等步骤以提高模型的预测精度,结合实测的实验数据对该数学模型进行验证。