工业机器人主要应用于现代工业生产中,代替人类从事繁重且重复性的劳动。随着科技的进步,工业机器人的应用领域逐步扩宽,除了在制造领域发挥重要作用外,现如今也逐步应用于军事,服务等其它领域。然而,让机器人运用于更多领域的前提是机器人需要具备足够的安全性能。机器人的安全性问题已制约了机器人技术的进一步发展和应用,目前已成为机器人领域的一个研究热点。本论文结合国家自然科学基金项目《通过粘弹性包覆层形变力反馈主动提高机器人安全性》,主要研究工业机器人的意外碰撞辨识及其安全控制,研究目标为能够及时检测发生于工业机器人任意位置上的碰撞,并识别碰撞力的作用位置和方向信息,利用碰撞检测提供的信息并结合工业机器人的特点采取安全控制策略,保证机器人的安全性。本文首先利用D-H法对垂直六自由度工业机器人建立正、逆运动学方程,并依据机器人的结构和逆解的特点提出一种边计算边选取逆解的优化算法。此外,应用拉格朗日法并结合旋量理论建立了一般串联机器人的动力学方程,并针对实验室现有机器人建立了动力学方程的具体形式,为碰撞检测算法及机器人的运动控制奠定了理论基础。其次,结合机器人动力学方程,并根据机械手广义动量与外力矩之间具有解耦性的特点,提出了一种基于动量偏差观测器的机器人碰撞检测算法。使用该观测器可以间接得出外力在关节处的等效力矩,该力矩与合适的关节力矩阀值进行对比便可判断机器人是否发生碰撞。该碰撞检测算法具有良好的实时性、准确性,并能确定机械臂的哪个杆件发生碰撞,根据机械臂的几何结构可以大致得到碰撞力的方向信息。此外,分析了碰撞检测算法在工业机器人的实现问题。在Simulink平台上的仿真实验及实际机械手实验平台上的实验证实了碰撞检测算法能够实时跟踪外力矩的变化,展现了算法良好的实时性和较高的准确性。最后,在碰撞检测算法所提供信息的基础上,结合工业机器人通常只提供位置、速度控制的特点,提出了机器人的安全控制算法,控制算法对发生于机器人任意部位的碰撞均有安全控制效果。此外,若人手握住机器人末端操作器能实现直接顺从操作,将对人机协同作业或示教提供很大帮助,本文对此进行了初步研究。本文运用VC++6.0编写了机器人安全运动控制软件,并在机械手实验平台上验证了机器人安全控制算法的有效性。