协作机器人关节力感知能力是指协作机器人对外界力信息的感知和测量能力,是协作机器人完成力交互与力控制的基础。目前大部分研究常使用模块化关节力矩传感器完成力信息的感知。但利用模块化关节力矩传感器不仅需要处理好机器人整体刚性问题,而且需要处理好模块化关节力矩传感器带来的位置精度问题。注意到谐波减速器作为协作机器人关节内的核心传动零件,十分适合作为协作机器人力感知能力的实现载体。因此,本文以谐波减速器为主要的研究对象,以协作机器人关节测力技术为主要的研究目的,完成了以下工作:介绍了谐波减速器的基本构造和传动原理,选择谐波减速器的柔轮作为弹性体,提出了基于柔轮应变检测的机器人关节力矩测量方案,将传统只起到力矩传动功能的谐波减速器改进成具有关节力矩测量能力的谐波测力减速器。设计了适当的应变片粘贴方案以及谐波传动方案,解决了谐波测力减速器内部走线的缠绕问题。基于谐波减速器的传动原理,分析了柔轮的变形特点,提出了柔轮总应变的理论模型,利用有限元分析软件ANSYS建立了谐波减速器柔轮与波发生器的有限元模型。通过对模型的非线性接触分析,得到了柔轮在波发生器作用下的位移变化情况和应力变化情况,有限元分析结果表明了柔轮筒中部适合作为柔轮力矩应变的测量部位,验证了关于柔轮总应变模型的正确性。设计了一套谐波测力减速器的性能测试平台,利用行星减速器的杠杆作用实现磁粉制动器小负载力矩的放大,拓宽实验平台的标定范围;利用磁粉制动器的电可控输出特性,实现了实验平台的动态负载加载。基于VS开发了一套配套上位机软件实现对该实验平台的驱动通讯和数据采集。设计了谐波测力减速器的数据处理方案,利用傅里叶变换分析了谐波测力减速器柔轮力矩信号的频域特性,通过对柔轮力矩信号的滤波处理和对标准力矩传感器的平滑处理,建立了谐波测力减速器的力矩测量模型;基于MATLAB开发了上位机数据处理软件。对自研的谐波测力减速器进行了拟合标定与性能测试实验。实验结果表明,所研制的谐波测力减速器具有较高的灵敏度,其线性度约为2%F.S,重复性约为1%F.S,测量的相对误差小于4%,绝对误差小于0.5Nm。