轻型协作机械臂目前在协作装配、辅助医疗、科研实验等方面均得到了广泛的应用。通过将协作机械臂与移动平台相结合,可以使其的工作环境更为开阔。采用多传感器的协作机械臂可以获取更多的外部环境信息,实现与人共融的交互式作业模式。本课题面向某移动平台对上装机器人手臂的设计要求,开展的内容包括:轻型协作机械臂本体设计,关节力矩传感器优化设计及性能分析,轻型臂运动学参数标定研究及实验验证。首先,根据轻型臂的总体设计要求,对其本体构型的配置进行了分析,利用可操作度指标优化了轻型臂杆件长度比例,对轻型臂操作空间内的可达性进行了可视化分析。设计了轻型臂模块化关节的传动系统、传感系统以及承载零部件。利用有限元软件进行了曲面外壳设计。建立了轻型臂简化模型,分析了轻型臂的刚度和固有频率。对视觉系统以及控制系统进行了介绍。其次,从不同方面对力矩传感器的设计指标进行了分析。分析了弹性体类型及其力学模型,并对应变梁开孔结构和材料进行了选择。以应变敏感区较高平均应变值与弹性体较高的刚度作为优化对象进行了弹性体尺寸优化设计。开展了标定测试以及性能分析。最后,建立了轻型臂的运动学模型,对误差的来源进行了分析仿真。确定了标定流程并利用仿真进行了验证。在保证标定效果的前提下以最小标定次数为原则,从全局性角度对可观性指数单一评价指标进行了修改并进行了仿真验证。通过开展标定实验验证了构型选取策略的有效性并对标定结果进行了分析。