近几十年来,轻量型机械臂以其体积小、功耗低、负载自重比高等方面的特点,受到越来越多的研究者的青睐。随着机械臂被更多的应用在移动机器人和智能化平台等场景,满足了人机交互、智能制造的不同任务的需求,同时轻量化、小型化的机械臂在军事反恐、消防搜救、空间开发和家庭服务等方面逐渐表现出不可替代的优势。现阶段,针对轻量型机械臂的研究主要集中在构型优化设计、柔顺智能控制、环境自适应能力等方面,实现一种功耗低、通用性好的机械臂是目前该领域研究的热点内容。在这种背景下,本文以轻量型机械臂为研究目标,针对其结构设计与硬件系统选型进行优化,并在阻抗模型的基础上,展开环境自适应控制等相关研究性工作。主要内容如下:(1)高负载自重比、低功耗、低惯量的轻量型机械臂的构型设计与优化:本文讨论了国内外轻型机械臂的发展情况,针对其构型设计与电气控制等进行分析,提出一种具备控制精度高和功耗较低的6自由度机械臂,对其关节的形式采取小减速行星齿轮箱的驱动方法,并根据各关节的期望力矩对驱动电机选型,减轻整体的设计惯量。(2)控制频率与精度高的硬件控制系统的设计与选型:本文根据实时性控制和稳定的位置/力控制的设计要求,对机械设计、传感器、电气系统等进行软硬件的选型与优化实现。控制平台选用IB915AF系列凌华工控机,Ubuntu系统搭载ROS通信架构,TBSM系列直驱力矩电机,雷尼绍绝对式编码器,ADM数字伺服驱动器,使用CANopen总线通信。(3)基于模型参考的阻抗控制策略:本文分析了主流柔顺控制的特性,并对阻抗控制和自适应控制进行仿真分析,在MATLAB/Simulink软件中搭建阻抗模型,通过仿真进行验证并探讨其不足之处。最后为提高轻量型机械臂控制系统的通用性展开相关总结。