随着中国航天技术的发展,空间机器人在空间站的建设方面发挥着越来越重要的作用。关节柔性和惯性力的存在导致使用传统的传感器在位置控制时有较大的残余振动,力控制时精度和稳定性低。因此,基于机器人的新型传感器技术研究对于空间机器人的发展至关重要。本文以实验室已具备的7自由度机械臂原理样机为实验平台,采用理论与实验结合的方法对机械臂末端十二维传感器及其应用展开研究。首先,本文在末端传统六维力/力矩传感器的基础上引入了六维加速度传感器构成十二维传感器,并设计了基于FPGA的高速、多通道采集与处理系统。使用最小二乘线性拟合法、“静态法”和“动态法”分别对六维力传感器、六维加速度传感器进行了标定。其次,针对机械臂在位置控制时由于关节柔性导致存在残余振动的问题,提出了采用加速度负反馈作为位置控制器内环的抑振策略。该方法可以通过提高系统动态刚度的方式增加带宽,抑制振动,并可在不改变外环增益的情况下降低位置控制的动态误差。然后,针对机械臂在运动或接触操作时由于惯性力导致的接触力辨识不准确问题,本文建立了惯性力的补偿模型并提出了基于末端十二维传感器的阻抗控制策略,通过加速度传感器的反馈对接触力进行补偿校正,从而改善阻抗控制器的控制效果。最后,搭建了单关节实验平台,对所提出的控制策略进行了实验验证。实验结果表明,加速度负反馈控制方法可以有效减小机械臂残余振动,提高位置控制精度。基于末端十二维传感器的阻抗控制策略能够补偿惯性力,提高机械臂与环境接触时的力控制性能。