随着全球科技的发展与进步,在越来越多协作机器人进入工业领域。在协作机器人中,伺服系统的特性会直接影响它的工作性能,尤其在定位精度方面。关节伺服电机作为机器人的核心环节,其性能的好坏也直接决定着协作机器人能否在工业上推广使用。目前协作机器人关节伺服电机大多采用功率密度和工作效率都很高的永磁同步电机（PMSM）,在控制算法上采用传统的比例-积分控制,然而随着机器人应用场景越来越复杂,对电机伺服驱动系统的性能要求也越来越高。为了实现协作机器人关节伺服驱动系统高精度、快速响应的特性,本课题将以协作机器人为主要的应用背景,以机器人关节电机为被控对象,对高性能的伺服驱动控制系统进行设计与研究,主要研究内容如下:第一,提出了六自由度协作机器人系统的设计方案,其中包含主控单元和从控制单元两部分,以及通过控制器局域网络（CAN）构成了一个协作机器人伺服驱动系统。主控单元负责为各个关节发送控制信号;关节模组中的伺服驱动单元负责接收主控单元信号,利用脉冲宽度调制（PWM）对关节电机进行控制,并接收电机运行中的电流、速度、位置等反馈参数。第二,为了使机器人的关节伺服系统能够具有高精度的位置控制和快速响应能力,设计了一个微分前馈控制环节和负载观测器,并且在伺服系统的电流环和速度环设计非奇异快速终端滑模（NFTSM）控制策略,提高系统的位置跟踪的精度和响应速度。接着对各个调节器的参数进行整定,最后通过与传统比例-积分控制的仿真分析对比,得出了该控制策略的可行性。第三,针对关节模组中的伺服驱动单元进行了硬件设计。首先针对功能需求对硬件部分进行了模块化设计;随后以TMS320F28335芯片为控制核心分别设计了主控模块、传感器检测模块、逆变驱动模块和电源模块;针对各个模块的供电要求基于反激式开关电源设计了辅助电源模块。第四,对关节模组伺服系统的软件程序的流程进行设计,并通过搭建的电机实验平台对设计的复合控制方法进行实验验证,通过对实验结果的分析可以得出本文所提出的控制策略能够实现协作机器人伺服驱动系统的高精度控制,满足协作机器人的控制要求。