制造业是我国国民经济的支柱产业,在2015年,我国提出“中国制造2025”战略计划,机器人被作为战略中优先发展的十大行业之一。机械臂作为机器人的一种,在现代工业生产中应用十分广泛。随着制造加工精度越来越高,对机械臂要求也越来越高,不仅需要机械臂完成高精度位置跟踪任务,而且需要与外界接触且对接触力进行控制,完成机械臂柔顺控制。针对机械臂在接触环境中作业的柔顺控制,本文开展了以下几个方面的工作:(1)建立了三自由度机械臂三维模型以及动力学和运动学模型。针对三自由度机械臂性能指标,对机械臂构型、传动系统及结构进行设计,并且为其设计控制方案。在设计三自由度机械臂基础上对动力学和运动学进行分析建模,求解机械臂运动学正逆解以及动力学模型,为后续机械臂控制算法设计以及仿真奠定了基础。(2)考虑机械臂关节摩擦位置控制算法设计。针对所建立三自由度动力学模型,分析了建模中存在的问题,主要针对机械臂系统中的关节摩擦现象,设计了两种机械臂位置控制器。一种是基于库伦-粘滞摩擦模型机械臂自适应鲁棒摩擦补偿控制器,另一种是基于改进连续LuGre摩擦模型的多层神经网络摩擦补偿控制器,解决机械臂关节摩擦对控制精度的影响。(3)力的柔顺控制策略研究。在多层神经网络摩擦补偿位置控制器基础上,设计机械臂直接力/位混合控制策略和基于位置的阻抗控制策略实现力的柔顺控制。并且对阻抗控制策略的阻抗控制器参数进行特性分析,总结了阻抗控制参数对控制效果的影响。(4)仿真验证。通过Matlab/Simulink模块建立机械臂模型验证控制算法的有效性。