在中国制造2025的政策背景下,各生产领域对智能制造提出更高要求,协作机器人应运而生。传统协作机器人多采用位置控制模式,控制精度对外部传感器依赖程度大,难以实现力矩直接补偿控制。因此本文针对一类协作机器人,无需外部传感器,研究其力矩控制算法,通过控制算法实现协作功能,基于完整动力学模型以及非线性摩擦模型补偿,来实现碰撞检测和零力示教控制。具体地,首先针对该协作机器人以改进DH法设置坐标系,并建立动力学模型。而后构建动力学辨识模型并线性化,确定最小参数集,提出多自由度的分步辨识,通过对辨识过程的激励轨迹再次进行拆分,提高轨迹参数的收敛速度。以力矩采样噪声为权重,采用加权最小二乘法确定最小参数集的值。摩擦模型采用三次多项式模型,附加关于角度的二阶傅里叶级数,构建考虑非线性摩擦的完整动力学模型。最后通过轨迹验证其整体误差,以及摩擦补偿的精度。负载辨识分别采用创新性的单关节辨识法和激励轨迹辨识法,并对辨识结果同三维模型的测量数据对比分析。结果表明,单关节辨识虽然精度略有不足,但采集数据少,辨识速度快,有较高应用价值。结合阻抗控制特点,采用参数辨识结果,在关节坐标系建立力矩补偿算法,开展零力控制研究。基于EtherCAT以太网技术,在TwinCAT开发环境中完成算法的构建,并在LABVIEW环境完善开发前端界面。最后,通过测力计进行拖动力测量,估算拖动力矩后同相关算法对比;通过位置采集来验证复现精度。以动量偏差观测器为基础,通过一阶观测器结合摩擦补偿构建碰撞力矩观测器,跟踪力矩,实现碰撞检测。通过一阶低通滤波器过滤高频噪声,而后通过仿真进行模型验证和参数优化,并通过实验测量碰撞力大小。经检测,产生的最大碰撞力小于人体承受能力,从而保证了协作机器人工作的安全性。