由于无法保证交互的安全性,传统的刚性机器人工作空间与人隔离,导致其工作领域被大大限制。串联弹性驱动器通过引入弹性元件保证了其安全交互的能力,因此也被学者们看作是下一代的驱动机构。目前串联弹性驱动器在康复机器人、服务机器人、组装机器人等多领域已有初步应用。本文设计了一种回转型串联弹性驱动器并对其开展控制研究。首先,对该串联弹性驱动器进行了总体设计,包括机械结构设计与控制系统设计。在机械结构设计中,基于该串联弹性驱动器的可能工作场合,为其设定了技术指标。在设计了整体的初步构型后,介绍了各个零件的选型与设计。将零件进行装配,得到了该串联弹性驱动器的整体装配图。设计了新型弹性元件,通过在柔性梁中加入圆形结构,大幅延长了柔性梁的长度。控制系统设计方面,建立了 IGH主站与两从站的控制结构。由于驱动器的接口限制,为输出端的绝对值编码器设计了信号采集板。其次,进行了串联弹性驱动器的动力学建模与特性分析。从机械结构入手,将串联弹性驱动器单元化。通过分析各单元的动力学模型与单元之间存在的关系,从而建立串联弹性驱动器整体的动力学模型。以动力学模型为基础,结合比例控制器与单位负反馈,得到了力矩控制系统的传递函数。使用频域分析方法研究了闭环系统的稳定性、系统带宽以及输出端阻抗等主要特性。再次,进行了串联弹性驱动器的位置控制与阻抗控制的研究。位置控制方面,推导了奇异摄动法,设计了奇异摄动控制器。针对奇异摄动控制器中慢子系统调节参数繁琐的问题,引入模糊控制设计了模糊奇异摄动控制器。阻抗控制方面,采用位置内环与力矩外环的控制方式。以模糊奇异摄动控制器作为位置内环,阻抗控制器作为力矩外环。仿真方面,在ADAMS中搭建了串联弹性驱动器的简化模型,在Simulink中建立了位置控制框图与阻抗控制框图。通过ADAMS与Simulink联合仿真,验证了位置控制器良好的位置跟踪效果,说明了阻抗控制器具有一定的保护作用。最后,搭建了回转型串联弹性驱动器的实验平台。对IGH主站控制环境做了初步测试,读取了编码器的数据,为刚度标定实验打下基础。针对弹性元件加工过程存在的误差,进行了刚度标定实验。分析了实验过程中存在的影响因素,证明了新型弹性元件设计的合理性。