随着现代工业的不断发展,工业机器人成为现代工业生产中不可或缺的机电一体化设备,已被广泛应用于各个领域。与此同时,工业机器人在整个生产链中所消耗的能量也呈明显上升趋势,因此,分析影响工业机器人能耗的因素,并研究相应节能降耗的控制策略及方法,以及建立基于最小能耗的控制模型,使机械臂能耗最小化具有重要的理论和现实意义。机械臂关节伺服驱动系统是驱动机器臂完成运动控制的核心,也是能量消耗的主要环节,因此明确影响关节驱动系统能耗的因素具有非常重要的作用。本文在前期研究的基础上,研究、分析了负载情况下,非线性摩擦和电流热效应等因素对关节驱动系统能耗的影响,建立关节驱动系统非线性摩擦的动力学模型,并基于最优控制的相关理论及方法,解算机械臂在点到点运动控制模式下的最优角速度和电流函数。在Mathematica中,通过参数仿真,进一步明确各参数变量对关节驱动系统能耗的影响。通过建立直流关节伺服系统的数学模型,研究直流电机的双闭环控制策略。以解算出来的最优角速度函数为基础,采用单神经元自适应PID控制算法设计了转速控制器,采用工程设计法设计了电流控制器。在Matlab/simulink环境下建立了直流伺服系统双闭环调速系统的仿真模型,并与常规PID控制算法设计的双闭环直流调速系统进行了对比分析。基于软测量技术,明确了软测量工程实现的各个环节,分析了基于改进BP神经网络实现关节驱动系统能耗软测量的方法；并利用Matlab (?)(?)经网络工具箱函数,针对两种情况下关节能耗的样本数据,通过训练、仿真建立了关节最小能耗的软测量模型,仿真验证了模型的有效性,实现了对未知负载能耗和未知位移能耗的软件预测。通过硬件选型及软件编程,搭建了直流关节驱动系统实验平台,并对实验结果进行了分析。