近年来,加快提升深海勘探开发装备水平成为国家重大战略需求,水下作业机械手作为深潜器和ROV的最主要装备之一,越来越受到广泛关注。水压人工肌肉具有出力重量比大、与海洋环境兼容、无伸出杆类易受海水污染部件、仿生性好等优点,相比现有水下机械臂关节采用的油压缸或者油压马达,更有利于降低深海装备载荷、提高仿生性和可维护性。论文围绕水下作业机械臂关节主从控制系统,重点以水压人工肌肉为对象,研究关节驱动特性和主从控制方法,设计并搭建了包括气动人工肌肉主控关节和水压人工肌肉从动关节的主从关节系统,提出了基于水压人工肌肉从关节位置PID控制和气动人工肌肉主关节力矩控制的主从位置.力控制系统和控制策略,相比传统的手柄操作控制方式,操作者能够感应水压人工肌肉从关节在水下作业过程中所受的负载变化,使水下机械臂操作控制更加精准和方便。论文主要结构如下：第一章结合国内外相关研究,综合分析了水压人工肌肉、人工肌肉关节以及主从控制系统的发展和研究现状,提出了论文的主要研究内容,介绍了课题背景和研究意义。第二章设计了人工肌肉机械关节,由转角转矩范围与轮直径关系得到关节回转直径；采用拉伸试验方法,比较分析了传动绳材料与连接结构方案,选取滚子链为水压人工肌肉关节传动绳,改进了关节结构并进行了强度校核。第三章由水压人工肌肉数学模型入手,推导了关节静态模型,获得了关节静态转角理论曲线；搭建了关节转角试验系统,通过试验得到了关节转角试验曲线；开展了基于PID的关节位置控制系统设计与试验研究,分析了系统的频率特性并进行了系统辨识。第四章重点研究了气动主控关节的力矩控制和主从关节系统,首先介绍了主从关节系统工作原理,接着结合试验研究了气动人工肌肉关节位置和力矩PID控制,进而搭建了包括气动人工肌肉主控关节和水压人工肌肉从动关节的主从关节系统,开展了主从控制试验,最后分析了负载和从关节力矩反馈增益对主从控制系统性能的影响。第五章对本文所作研究工作进行总结,给出主要的研究结论,并对未来的研究工作进行展望。