随着人类科学技术的进步,越来越多的机器人进入到人们的视野中。人类和机器人之间的互动和合作变得越来越重要,同时这也是机器人发展过程中所面临的重大挑战。在使用机器人的过程中,由于专业限制,机器人的操作只能由受过专业培训的人使用。因此迫切需要一种简单直接的交互方式来推广机器人的使用。另外,在使用过程中机器人必须要有一定的安全协作能力。如:对合作对象—人类动作和意图的辨识能力,机器人还需要拥有对环境变化的感知能力,并能够自主的做出应对措施,以保证人机协同合作过程中的安全性,智能性和高效性。本文以Rethink公司Baxter双臂协作机器人为研究对象。针对Baxter机器人任务可编程能力不足,拖动示教存在不便捷的问题;以及在运动过程中碰撞检测灵敏度低,与障碍物发生碰撞后自主决策能力低的问题,提出了一套基于GUI和Simulink协同运行的安全交互系统。该系统在一定程度上改进了Baxter机器人的人机交互方式,对研究机器人在与环境和人交互过程中的安全性具有一定的指导意义。其中主要研究内容包括以下几个方面:1.研究基于ROS通信构架下Baxter机器人的控制方式,并提出了基于MATLAB/Simulink结合GUI的安全交互系统框架。通过搭建Stateflow状态逻辑控制系统,以期实现安全的交互与协作。2.基于运动学和动力学理论分析提出了基于力控模式下的零力拖动示教控制和基于逆动力学模型的碰撞检测算法,为实现Baxter机器人的拖动示教和碰撞后的安全反应策略提供理论支持。3.基于双臂运动学理论和机器视觉理论,判断机器人在运动过程中遇到障碍物的大致位置和形状大小,在获得障碍物空间信息的基础上完成机器人避障运动重规划。4.搭建基于MATLAB/Simulink结合GUI的软件系统,方便进行人机交互与协作实验。例如:完成Baxter机器人在此软件系统框架下的拖动示教、简单协作实验过程中的碰撞检测、安全轨迹跟踪控制和避障路径重规划。