协作机器人作为一种新兴的辅助型设备正在逐步促进工业制造、医疗等领域向着智能化人机共存的方向发展,对于解决人力成本的逐渐提高、制造业举步维艰的窘境有着举足轻重的意义。本文总结目前协作机器人所存在的不足与缺陷,研制了一款具有较强扩展性,成本可控,完全开放的智能关节,并基于此搭建了机器人研究平台。主要内容如下:从协作机器人的设计要求出发分析了智能关节的设计要点,并制定了一体化关节模组设计方案;阐述了一体化关节各部分结构的详细设计;以FOC算法为基础介绍了一体化关节模组的电机驱动控制方案及软件设计;最终组建了两种构型的协作式机器人。在结构设计的基础上,通过MDH方法建立了机器人的正向运动学,并得到了机器人的位置和欧拉角姿态解析表达式;基于正向运动学得到了机器人的雅可比矩阵,并得到了基于解析雅可比矩阵的逆运动学计算控制方法;采用牛顿-欧拉方法推导得出了机器人逆动力学的递推表达式。在机器人动力学的基础上,得到了机器人逆动力学的线性表达式,并基于线性变换的方法得到了机器人的最小惯性参数集;通过非线性优化方法得到了机器人动力学辨识的激励轨迹;基于机器人动力学参数的物理意义约束建立了机器人动力学参数求解的半定规划求解模型。基于URDF文件提取了机器人的CAD动力学设计参数,并使用Simscape仿真技术建立了机器人的虚拟样机模型;通过所设计激励轨迹和动力学参数辨识方法进行了动力学参数辨识仿真实验;基于李雅普诺夫直接法设计了机器人的鲁棒控制器。最后,通过Simulink Desktop Realtime（SDRT）建立了机器人的控制系统,搭建了实验平台;在此基础上完成了机器人动力学参数辨识实验,并使用基于动力学补偿的鲁棒控制器算法进行了关节轨迹跟踪实验。