随着人工智能、智能传感与大数据等科技不断发展,机器人逐渐被赋予与外界交互、模拟人类甚至自主学习等新能力。然而目前机器人面临的工作任务愈加复杂,其柔顺性能力尚显不足。柔性执行器由于具有抗冲击与安全人机交互等优点,正逐渐成为机器人研究的一种趋势。因此,本文基于串联弹性驱动器（Series elastic actuator,SEA）作为机器人被动柔顺关节执行机构,能实现机器人关节被动柔顺控制,有效地提升人机共融的安全性。但由于机器人关节引入柔性单元,使得整体控制系统复杂度提升,为此本文针对柔性关节机器人动力学与柔顺控制策略进行研究,设计稳定可靠的柔顺控制算法,主要研究内容如下:（1）SEA系统数学建模及其特性分析。建立SEA系统柔性单元、控制单元与驱动单元数学模型,根据位置源、速度源与力源控制法建立SEA系统开环与闭环传递函数,通过频率法分析系统稳定性;并根据力源控制系统对主动与被动阻抗特性研究,分析表明SEA系统具有低输出阻抗特性,对SEA的柔性关节机器人动力学模型建立与特性分析提供理论基础。（2）基于拉格朗日方程推导柔性关节机器人动力学模型。根据合理假设得到柔性关节机器人完整动态方程,SEA柔性元件将其完整动态方程解耦为电机端与连杆端动态方程,得到其简化动力学模型;系统分析其动态方程特性,对其关节动力学特性与SEA柔性元件动力学性能进行仿真研究。结果表明:串联弹性驱动关节机器人动力学被动柔顺性能良好,为柔顺性控制策略研究提供重要理论依据。（3）基于笛卡尔阻抗模型的滑模变结构控制策略研究。在关节空间动力学模型的基础上,建立柔性关节机器人笛卡尔空间末端接触动力学方程;对位置内环的笛卡尔阻抗控制仿真分析研究;基于双曲正切滑模切换函数改进滑模变结构控制策略,结合笛卡尔阻抗滤波轨迹,提出一种改进笛卡尔阻抗滑模变结构控制律,采用Matlab/Simulink仿真分析验证主动柔顺控制策略的有效性。结果表明:改进笛卡尔阻抗滑模变结构能够提高串联弹性驱动关节机器人系统轨迹跟踪能力。（4）柔性关节机器人柔顺性控制联合仿真分析。在联合方法仿真平台中,搭建Adams柔性关节机器人机械系统与MATLAB/Simulink控制系统;与传统笛卡尔阻抗PD策略仿真对比分析,笛卡尔阻抗滑模变结构控制策略可较好缓冲接触力突变,降低动态冲击接触力峰值,使机器人与阻力环境交互接触时具有较强顺应性;通过静态与动态冲击分析可知,主/被动柔顺系统具有较强的稳定性和抗冲击接触柔顺性。综上所述,机器人串联弹性驱动关节融合笛卡尔阻抗滑模变结构控制策略,取得良好地关节被动柔顺与主动柔顺性能,具有一定的学术研究价值,对人机交互柔顺控制研究具有重要实践意义。