相较于传统工业机器人,协作机器人具有质量轻、安全性高、交互能力强等优点,通过与人进行触觉交互的方式被广泛应用于先进制造、医疗健康、社会服务等领域,作为下一代机器人的重点发展方向,其柔顺运动控制技术对于实现安全稳定的协作任务至关重要。因此,本文主要面向人与机器人通过物理交互完成协作任务的场景,针对协作机器人的柔顺控制算法进行研究。首先,为了建立机器人机械系统与运动控制系统之间的联系,本文以UR3 e六自由度协作机器人为研究对象,对其正、逆运动学与动力学进行分析。采用D-H法建立协作机器人的连杆坐标系并推导其正运动学方程,采用解析法对协作机器人逆运动学进行解算,并在Matlab机器人工具箱中对所建立的机器人正、逆运动学模型进行仿真验证,最后采用拉格朗日法建立其动力学模型。其次,为了设计有效的柔顺控制算法,对传统导纳控制进行建模与仿真实验研究。对阻抗控制与导纳控制原理进行分析,建立了基于速度的导纳控制模型,并通过Simulink仿真平台搭建了机器人导纳控制仿真模型,验证了导纳参数以及环境刚度对控制系统性能的影响,为后文进一步调整模型参数奠定基础。再次,针对恒定导纳控制在物理人机交互中的局限性,对机器人变导纳控制算法展开研究。依据机器人所受牵引力与运行速度信息设计了物理人机交互任务段分类策略,依据各任务段需求与阻尼系数特性的联系设计模糊规则,建立模糊变阻尼控制器,并为了进一步增强系统的稳定性,采用递推最小二乘法在线识别操作者手臂刚度,对刚度识别算法进行仿真验证,并依据刚度信息实时改变模糊变阻尼控制器中的实际阻尼系数调节范围上限,实现导纳参数的自整定。最后,搭建物理人机交互实验平台,对协作机器人进行Z轴方向的自由牵引运动实验,将基于刚度识别的变导纳控制算法与本文所设计的模糊控制结合刚度识别的变导纳控制算法做对比,通过对交互过程协作机器人的运动性能进行分析,验证本文所提出控制算法的有效性。