工业机器人作为一种代表性的机电一体化的技术,是当今科技研究的热门主题之一。本文研究用于小体积、便携式四足移动工业机器人的伺服系统,该系统具有重量轻、安装体积小、功率密度高、控制性能好的特点,可以实现机器人高速移动、避障及负载搬运等任务。本文从移动机器人设计的流程入手,讨论了高效率化、轻量化伺服系统的设计流程及各子系统的设计方法,并针对子系统中的关键模块进行讨论,确定选型,由此构建了本伺服系统的基本构架及技术方案。论文随后分别就伺服系统的三个子系统分别详细讨论。在伺服系统的电机设计中,首先针对电机电磁负荷与电机体积及其散热损耗关系进行讨论,然后根据最大散热确定电机的体积参数并确定关键参数电磁负荷,随后确定其他定转子参数完成初步设计,并通过齿距,永磁体参数化设计优化设计,在模型完善后进行了功耗温度仿真,验证电机相关部件没有过热退磁危险,最后使用不同模型的整数槽分数槽,磁极充磁方式性能比较,确定电机结构设计符合高功率密度设计,并在MAXWELL 2D下进行空载性能仿真,完成了一部效率为85%,功率密度高达1.55kw/kg的高功率密度电机。驱动电路以TI公司的器件为平台完成了超小型驱动硬件和以模糊PID为控制核心的驱动软件的设计。本伺服系统设计完成并实现后,完成了在工业机器人上的集成及调试,并进行了系统总体验证及测试,测试结果表明设计的伺服系统性能满足机器人系统对伺服子系统的功能及性能的要求。最后,对本文的研究工作进行总结,提出一些有参考价值的高功率密度伺服电机的设计经验,并指出设计中的不足及对未来设计的展望。