工业机器人以其技术先进化、自动程度高、生产效率高精度高、劳动成本低等优势逐渐取代人工劳动,已经成为了现代工业领域内不可或缺的自动化设备。传统工业机器人本体结构复杂、体积较大,负载自重比较低,不适用于劳动密集型产业诸如3C还有家庭服务、医疗辅助等领域。传动齿隙是影响工业机器人精度的重要因素。因此,本文将双电机消隙技术与二自由度锥齿轮差动轮系相结合,提出一种基于多电机驱动的机械臂二自由度关节设计方法,并结合模块化思想设计一款轻量型六自由度机械臂,在一定程度上帮助解决现阶段机械臂负载/自重比低、体积大、成本高等问题,具有重要的实际应用价值。本文的主要研究内容如下:首先,设计基于多电机驱动的二自由度关节与机械臂。主要包括:确定六自由度机械臂的设计指标,提出二自由度关节传动及设计方案,给出机械臂整体结构方案,在完成关节及机械臂三维建模的基础之上对电机等零部件进行选型,同时对重要零部件进行有限元分析。然后,进行六自由度机械臂的运动仿真与轨迹规划研究,对机械臂正逆运动学进行分析,并提出阻尼最小二乘-拟牛顿下山混合迭代算法求解机械臂数值逆解,在此基础之上完成基于非对称S型加减速算法的运动轨迹规划,并在MATLAB与ADAMS进行仿真验证。接着,进行二自由度关节控制算法与仿真验证,分析关节传动及消隙特性,建立含齿隙的二自由度关节驱动动态系统模型;以速度内环为核心设计基于自抗扰控制算法的二自由度关节LADRC速度控制器,并借助MATLAB/Simulink对速度环及位置环进行仿真并与常规PI速度控制器进行对比。最后,搭建样机实验平台并设计二自由度关节控制方案进行实验验证,主要完成对算法可行性及有效性的实验探究,同时与常规算法进行对比,证明本文算法的优越性。