凭借特有的自运动,冗余度机械臂有着更优的运动灵活性与交互能力,而运动的复杂性和环境的不确定性使其很难在满足实际运动能力限制的同时实现运动和力柔顺的统一。针对该问题,本文基于冗余度机械臂的自运动特性,考虑实际运动能力限制,对运动柔顺和力柔顺控制做出了详细研究。本文根据机械臂的实际运动能力限制,构造了关节位置、速度和驱动力矩的统一优化函数,通过构造加权矩阵实现了其协调优化。建立了基于自运动规划的柔顺控制系统,分别进行了位置控制器、力控制器的设计。以回避奇异和回避力为控制目标,分析了奇异位形的自运动可回避性,根据雅克比矩阵元素的线性相关性分析了将要陷入奇异的关节;建立机械臂受力时的力学模型,分析了单个或多个力作用于机械臂不同位置的情况,并给出了相应的冗余关节选择原则和速度规划方法,实现了基于自运动规划的柔顺控制器设计。为实现运动、力柔顺的统一,进行了操作空间和零空间运动引起的关节力矩解耦,基于李雅普诺夫稳定性判据给出了解耦控制的稳定性证明。通过在操作空间和零空间内构造阻抗关系实现力柔顺,通过优化零空间速率实现运动柔顺,实现了扩展操作空间内运动、力柔顺混合控制器设计。最后将提出的柔顺控制方法结合,给出了各控制方法的应用场合、切换条件,并通过对力的预估和多项式插值实现控制的平滑过渡,建立了总的柔顺控制系统。为了验证提出的柔顺控制方法,本文选取了八自由度机械臂进行运动学、动力学分析,采用抑制旋量法计算了机械臂奇异位形,并进行奇异位形可回避性判断。推导了力柔顺控制的稳态力误差,并分析了阻抗参数对于力柔顺控制过程中响应特性和稳态特性的影响,最后通过构造优化函数对力柔顺控制过程进行优化,确定了最优的阻抗参数。采用Matlab和Adams联合仿真对提出的柔顺控制方法进行验证。仿真结果表明,基于自运动规划的运动柔顺和力柔顺控制方法能够在不影响主作业的同时实现近奇异位形和单个或多个力的回避,扩展操作空间内的运动、力柔顺混合控制方法能够在不影响主作业的同时实现力柔顺并提高机械臂的运动灵活性,实现运动柔顺和力柔顺的统一。