随着机器人技术的不断发展，各种类型和功能的机器人相继被研制出来，而基于机器人的应用也已经从传统工业制造领域延伸至家庭服务、航空航天、生物医学工程等领域。机器人应用的多样化和复杂化不但要求机器人功能趋于多样和智能，而且对机器人的控制技术:轨迹跟踪控制和力控制，也提出了新的要求。　　先进机器人技术在健康医疗领域的应用，从根本上改变了传统生物医学工程的研究现状，也带动了新技术、新理论和新问题的产生。本文以机器人在生物医学工程领域的应用为研究背景，针对机械臂控制目前仍然存在的共性问题，以两类典型的医疗机器人系统为研究对象:单自由度机械臂细胞注射系统和基于功能性电刺激的五自由度外骨骼中风康复机器人系统，从系统综合角度，相对深入地探讨了机器人系统高速、高精度轨迹跟踪控制和力控制器设计，以及自动化细胞注射和中风康复机器人系统特有的新问题。论文的主要工作总结如下:　　1.本文首先以单自由度机械臂自动化细胞注射平台为研究对象，从鲁棒控制角度，探讨了细胞注射过程中高精度轨迹跟踪问题，针对现有文献在实时性和精确性方面的不足，设计了PD反馈加前馈的轨迹跟踪控制器。此外，针对系统不确定性建模和鲁棒轨迹跟踪控制器设计等现有文献未展开的工作，本文也给出了进一步的分析，并设计了鲁棒PD加前馈轨迹控制方法;文章证明了这两种控制方法的指数收敛特性。仿真结果表明这两种控制方法能达到的轨迹跟踪精度均优于现有文献的控制方法。　　2.本文紧接着对细胞注射过程中注射力控制问题进行了探讨，并对取得的结果进行了推广。首先，分析了传统的基于位置阻抗控制器在跟踪时变力信号时的不足;然后，设计了改进型基于位置阻抗控制器，并从多个角度对改进型方法时变力跟踪的原理和可行性做了较为详细的阐述，分析表明:所设计的力控制策略对于时不变和时变力参考信号均能实现快速、精确的跟踪。对于该新型力控制器下机械臂-环境闭环系统的耦合稳定性问题，本文也给出了分析，并得到系统临界稳定的条件。此外，本文还引入了一种自适应控制方法对不确定环境信息进行辨识。对于改进型力控制系统内外环的内在关系以及力控制精度的改进，本文也做了进一步的探讨。　　3.为了建立更加有效的机械臂轨迹跟踪控制方法，本文接着以轨迹跟踪为导向的基于功能性电刺激五自由度外骨骼中风康复机器人系统为研究对象，从系统综合角度出发，寻求从本质上改进轨迹跟踪精度的控制策略。针对该康复机器人现有文献单闭环控制暂态响应速度不快、轨迹跟踪精度不高、无法有效抑制系统内环肌肉模型的不确定干扰等不足，文章结合二次型最优控制理论设计了串级控制器。文中定性描述了串级控制系统的稳定性，并证明了系统内部动力学的稳定性。对于串级控制器较现有单闭环控制能实现更快、更精确轨迹跟踪的本质，本文最后做了简单的机理性的探讨与分析。　　4.为了从本质上实现康复机器人系统轨迹跟踪精度的快速、单调收敛，本文首先在前文线性闭环系统的基础上设计了基于梯度的迭代学习控制律，并推导了算法收敛条件;然后，为了提高系统实时性，同时探讨肌肉疲劳对系统性能的影响机理，文章完成了在时间域和迭代域对疲劳的2D建模，并针对受疲劳干扰的非线性系统直接设计了串级控制器;最后，基于非线性串级闭环系统，本文结合范数最优迭代学习控制器，设计了非线性牛顿法迭代学习控制律，实现了对轨迹跟踪精度的快速、单调收敛。此外，本文还探讨了肌肉所能承受最大疲劳程度、最大康复锻炼次数和满意的性能指标之间的内在关系，为科学的指导后续的临床康复提供了一定的理论参考依据。　　文章最后对本文的工作和不足之处做了总结，对一些未展开的工作做了简要分析，并对未来的工作进行了展望。