在工业生产中,当机械臂执行末端与环境接触时,为了确保柔顺控制达到理想控制效果,以及保障人与环境的安全,机械臂必须具有对外部碰撞快速感知和响应的能力,这既能满足对作业位置的精准追踪,又能保证对外部接触力的准确识别。本文以受环境约束的机械臂为研究对象,考虑环境刚度和外界干扰双重影响,对位置和接触力的柔顺控制展开研究。主要涉及以下两方面:1.对受约束机械臂系统的扩展空间建模及干扰估计。通过将机械臂运动状态和末端作用力进行解耦,在传统动力学模型的基础上引入环境刚度作为中间变量,利用坐标变换实现自由空间和约束空间的扩展,建立了机械臂-环境统一扩展动力学模型。对于扩展空间下系统存在的不确定干扰,通过设计超螺旋干扰观测器,引入辅助向量,并利用超螺旋算法实现了对不确定干扰的估计。最后,针对受约束机械臂末端受到的扰动力矩,通过广义动量设计全局扰动力观测器,实现了对作用在连杆和操作物上干扰力矩的估计,同时也降低了加装传感器的成本。2.对于受约束机械臂位置/力的柔顺控制。在无干扰情况下,针对受约束机械臂系统设计控制器并进行稳定性分析;在有干扰情况下,分别设计了基于干扰上界和基于干扰观测器的自适应位置/力控制器。并且在自适应律中引入参数误差项,使机械臂未知参数实时修正,不仅保证机械臂对位置准确跟踪,而且能够实现对力的实时控制。最后,通过Matlab仿真验证了所提算法的有效性。