伴随机器人技术的飞速发展，工业机器人在智能制造领域已经得到充分的应用。但在核电运行维护、大飞机生产制造等特殊工业领域中，仍存在大量操作复杂、工作强度大、精细度和灵活性要求高的任务场景。在此类场景中，由于工作空间狭窄，大型机器人和设备难以发挥作用。为此研究者们提出了外肢体机器人的概念，即，机器人以背包的形式固定在施工人员背部，通过机械肢体与人类肢体的互助协作，在狭小空间中拓展单人作业能力。
　　由于与人类用户共享工作空间，外肢体极易与身体发生碰撞，从而威胁使用者安全。在此背景下，本文以外肢体机器人为研究对象，依次针对机器人动力学建模、碰撞检测算法和碰撞响应策略等问题展开研究，并构建仿真模型。具体地，首先使用拉格朗日法建立动力学模型，并通过仿真实验验证了该动力学模型的正确性。在动力学方程的基础上，构造基于广义动量的碰撞观测器，通过关节角度角速度关节力矩估算外部碰撞力矩。然后，根据碰撞力矩判断碰撞发生在哪一杆件，并且对于发生在末端的碰撞通过静力学推导计算出碰撞力的大小。针对检测到碰撞后需要更改控制策略的情况，提出了两种不同的基于力控制的碰撞响应策略。一种是根据碰撞外力产生一个反向加速度从而逃离碰撞位置的反射控制，另一种是通过调节位置控制系统的增益实现可变刚度的柔顺控制。
　　最后，利用RecurDyn/Colink多体动力学软件构建了末端碰撞和非末端碰撞两个机械系统，并构建外肢体机器人碰撞检测与碰撞响应仿真系统进行实验验证。经仿真模型验证:本论文提出的碰撞检测算法能够有效检测超过10N的碰撞力，检测误差在1N以内，并且在非末端碰撞的情况下可以识别碰撞发生在哪个杆件上;两种碰撞响应策略均能够在碰撞发生后1秒内做出响应，减小碰撞力，保护用户安全。
　　本文的研究成果不仅为实现复杂作业过程中可穿戴外肢体机器人辅助操作提供了安全保障，还为今后人机交互进行辅助作业奠定了基础，应用前景广阔。