随着人们生活品质的不断提高,消费者的个性化需求日益强烈,制造业面临着转型升级,向小批量、灵活化的生产方式发展。部署灵活、操作简单的协作机器人是这些产业快速实现自动化的绝佳选择,因此协作机器人在近年来发展迅猛。灵活性、易用性与安全性作为协作机器人的核心竞争力,主要体现在机器人的拖动示教与碰撞检测应用上。本课题针对这两项关键应用进行研究,提出了一种基于底座力传感器的方式来实现高精度的碰撞检测与灵活的拖动示教,该方案的思路是首先基于机器人动力学模型完成外力观测,继而对外力做出恰当地响应。由于机器人的动力学模型通常是未知的,需要通过辨识来获得,故本文将围绕动力学建模、动力学辨识、外力观测、外力响应四个方面来开展工作。本研究首先提出了串联机器人动力学模型建立方法,给出了机器人关节线性动力学模型与底座线性动力学模型,并分别给出了机器人最大可辨识动力学参数集的数值分析方法与解析分析方法,为后续的动力学模型辨识奠定了基础。接着,提出了利用底座力信息与关节力矩信息融合的方式辨识机器人完整动力学参数,相较于传统的纯关节力矩辨识方法,能够获得更准确的关节连杆动力学参数与更适合的关节摩擦力模型。辨识过程中还提出了利用机器人自身运动对力传感器耦合系数进行辨识并补偿的方法,以削弱力传感器耦合对辨识结果的不利影响。仿真与实验表明,本研究提出的动力学建模与辨识方法能够准确地辨识出机器人的动力学参数,为后续外力观测奠定了基础。基于辨识得的机器人动力学模型,本研究构建了底座力观测器与广义动量观测器,能够准确地观测作用外力大小,并粗略地观测外力作用位置。观测信息被有效地应用于协作机器人的拖动示教中,实现了工作空间的全臂拖动示教。本研究还提出一种基于力频率的示教导纳参数自适应调节算法,实现了拖动示教失稳快速抑制。观测信息也被有效地应用于协作机器人的碰撞检测中,实现了高精度的全臂碰撞检测。实验结果表明,所提出的外力观测方法与外力响应策略具有良好的人机交互效果,增强了协作机器人的易用性与安全性。