随着电动汽车保有量的持续增加与充电技术的升级,市场中对于自动充电技术的需求日益提高。目前市场中自动充电机器人以位置控制为主,这将导致在进行充电插拔作业时机器人承受非期望力,减少机器人与充电装置的使用寿命。基于上述现象,提出了一种基于柔顺控制的自动充电机器人控制系统,在完成自动充电作业的同时保障作业过程的柔顺性,降低充电插拔过程中充电枪头的受力,保障机器人作业轨迹的柔顺。对基于Universal Robots(UR)5型机械臂的自动充电机器人运动学进行了分析。采用D-H参数法建立自动充电机器人关节坐标系,推导自动充电机器人正向运动学方程。根据所推导的机器人正向运动学,对传统的逆向运动学求解过程进行了研究,并总结分析了IKFast逆解算法的求解流程。使用MATLAB中的Robotics Toolbox验证所建立的自动充电机器人运动学的正确性,并对自动充电机器人的工作空间进行探究。在笛卡尔空间内,采用由二次函数过渡的线性轨迹规划方法对工作空间内的独立直线轨迹进行规划,实现直线运动中的速度与加速度的柔顺性。针对自动充电作业的特点,提出带有弧线过渡的空间连续直线规划方法,避免不同直线轨迹联结点出现尖角。采用快速搜索随机树算法对自动充电机器人的作业路径进行规划。从物理模型入手,对直接力反馈控制与导纳控制的原理进行了探讨,确定了两种控制方法的控制规律,并对导纳控制进行了离散化处理;借助MATLAB平台下的Simulink软件,对两种主动柔顺控制方法进行仿真分析,确定不同控制参数对控制效果的影响规律。分析插拔过程,将插拔接触过程划分为三个阶段,针对不同阶段的受力特点制定相应的调节策略。设计了自动充电机器人控制系统的软硬件。以RK3399为核心的嵌入式平台作为控制平台。基于ROS框架,对控制系统软件进行分层,设计了传感器驱动软件与主动柔顺控制器软件,根据机器人末端执行器的实时受力情况,计算机器人补偿修正量,再与UR5型机械臂的底层控制器进行控制信息交互,实现自动充电作业的柔顺控制。基于Qt框架,针对操作者身份不同设计了两类操作界面。采用共享内存加信号量的方式,实现自动机器人控制系统软件中各层次与进程间的数据通讯。搭建了自动充电机器人的模拟作业平台,结果表明设计满足预定目标。对柔顺控制算法的作业效果进行了验证,直接力反馈控制可降低作业时15%功率与62%受力,导纳控制则可降低机器人13%功率与51%受力。对柔顺控制参数的影响规律进行了验证。验证了两种控制算法可以提高自动充电机器人的鲁棒性,降低自动充电机器人对于定位精度的需求,直接力反馈控制可提高机器人60%的鲁棒性,导纳控制可提高机器人40%的鲁棒性。