协作机器人是一种从设计之初就考虑降低伤害风险,能够安全地与人类进行直接交互的机器人,相比传统工业机器人更具有协作性和安全性。协作机器人的目的是把机器人精确的重复性能和人类独特的技巧和能力结合起来,人类擅长解决不精确问题,而机器人则在精度、力量和耐久性上占优。本文以七自由度协作机器人为研究对象,深入研究机器人拖动示教、示教再现及碰撞检测这三部分内容,旨在提高机器人的协作性和安全性,本文主要研究内容如下:(1)七自由度协作机器人动力学建模及参数辨识。针对七自由度协作机器人,采用基于旋量理论的牛顿-欧拉法推导该机器人动力学方程,根据静摩擦+库伦摩擦+粘滞摩擦理论建立机器人关节摩擦模型;用SolidWorks软件对机器人动力学惯性参数进行辨识,采用带权重的最小二乘法辨识出机器人摩擦模型参数;在Simulink仿真平台中对不含摩擦力项的机器人动力学模型进行仿真验证。(2)无外部传感器的机器人拖动示教。建立机器人末端负载动力学模型,在Simulink仿真平台中对末端负载动力学模型进行仿真验证;改进机器人关节摩擦模型,以带末端负载的机器人动力学模型为基础,采用基于力矩控制的零力控制方法实现机器人拖动示教;进行机器人拖动示教实验,结果表明,采用本文的方法,操作人员能够快速、轻松地对带末端负载的机器人进行拖动示教。(3)机器人示教再现。根据实际应用情况将机器人示教再现分为示教点再现模式和示教轨迹再现模式。对示教点再现模式进行研究,操作人员能够在示教器中切换不同的坐标系以改变机器人的运动轨迹并且通过增添或删除示教点以满足实际应用需求;对示教轨迹再现模式进行研究,包括数据的采集、数据平滑处理,通过对比三种不同平滑处理方法,提出基于三次B样条曲线平滑的示教轨迹再现模式算法;进行机器人示教再现实验,结果表明,采用本文的方法能够实现机器人示教再现,并且满足实际应用需求。(4)无外部传感器的机器人碰撞检测。采用基于广义动量的方法建立机器人动量偏差观测器,实现不带末端负载的机器人碰撞检测;提出末端负载力矩消除算法,该算法能够消除机器人末端负载对机器人关节产生的力矩影响,将两者结合,提出带末端负载的机器人碰撞检测算法;在Simulink仿真平台中进行仿真实验,通过仿真结果对比,验证本文所提出的带末端负载的机器人碰撞检测算法的正确性和可行性;进行机器人碰撞检测实验,结果表明,采用本文的方法能够快速、有效地检测出带末端负载的机器人是否发生碰撞。