随着机器人的发展和市场需求的提高,人机协作、人机融合逐渐被人们重视,成为了目前比较热门的研究领域,能够与机器人协同工作也成为了人们对未来工厂的憧憬。针对目前传统机器人存在安全性较差、适应性低、笨重、安装比较繁琐、调试周期长、技术要求高和人机融合协作能力差等问题,研究一种具有关节力矩检测功能的工业协作机器人及其关键零部件,主要工作内容如下:（1）工业协作机器人构型设计:首先,给出本工业协作机器人的技术参数,其中自由度为6、有效负载为4kg、最大活动半径为1140mm。再对机器人进行构型分析,手臂采用关节式构型、手腕采用“旋转-俯仰-旋转（RBR）”式构型。最后,对传动方案进行设计,选用伺服电机驱动、中空走线方案,采用“伺服电机-减速器-关节力矩传感器”的传动方式。（2）工业协作机器人的关键零部件-关节力矩传感器设计:首先,提出一种双差动电容式测量原理,以实现对力矩的检测和提高传感器的灵敏度、可靠性和稳定性。其次,为降低力耦合效应对测量准确性的影响,提出内置十字交叉滚子轴承的解耦结构。最后,确定各关节力矩传感器的设计指标和设计参数,其中第一至第五关节传感器的量程分别为±450N·m、±500N·m、±200N·m、± 15N·m、±1 0N·m,并完成传感器的设计、加工制造和装配,且进行标定和解耦验证实验。实验结果表明:传感器具有高灵敏度、快速响应和良好抗干扰能力的特点;所设计的解耦结构能够有效降低力耦合效应对测量值准确性的影响;且双差动结构降低干扰力/力矩对单个方向造成的较大影响,提高了传感器的整体稳定性和可靠性。（3）工业协作机器人本体结构设计、加工及装配:采用模块化的设计方式并考虑各个关节特点完成关节结构和大小臂等连接件的设计,并完成整机虚拟装配,验证DH参数符合设计要求。选用7075硬质铝合金为本体结构材料,再通过Solidworks三维软件获得机器人总质量、各部分质量、重心和转动惯量等参数,计算各关节受力情况并完成伺服电机、减速器和传送带的选型。最后,完成工业协作机器人本体加工和装配,并完成各力矩传感器校准。（4）阻抗控制仿真研究与分析:结合所设计的工业协作机器人能够实时获得各关节力矩的特点,进行初步的阻抗控制算法及仿真研究。本文以二自由度机器人为研究对象,建立机器人运动学与动力学模型;以位置控制方式为基础,提出一种阻抗控制律,并在Simulink仿真环境中完成阻抗控制模型的建立和仿真实验,得出如下结论:①增大刚度参数可使机器人表现出更大的刚性,与环境接触时便会产生更大的接触力,表现为振幅增大、周期和稳定时间增长。②减小阻尼参数,将使力峰值增大、震荡次数增多、稳定时间增长。③增大惯性参数,机器人与环境的接触力振动周期和稳定时间增长。本章为后续以本协作机器人为基础研究力控制、阻抗控制、力/位混合控制及拖动示教等打下初步基础。