随着机器人技术的不断革新,机器人已广泛应用于航天、深海、核工业等领域,其作业环境复杂多变、危险狭窄,且超出了人类身体极限,对机器人控制提出了巨大挑战。机器人与非结构化环境交互作业,经常与环境中的设备、工具等操作对象会发生碰撞或干涉等情况。因此,为提高机器人与非结构环境交互的柔顺性和安全性,研究零力控制策略意义重大。本文以研制的灵巧机器人的柔顺问题展开研究,主要从关节摩擦建模与补偿和设计零力控制策略这两个角度出发,提高灵巧机器人的柔顺能力,主要研究内容如下：首先,本文在研究球型腕的基础上,设计了灵巧机器人,建立了灵巧机器人的三维模型,并简单介绍了其结构特点；建立了灵巧机器人的运动学模型,推导了正／逆运动学方程,得到了操作空间与关节空间的运动学关系；采用微分运动原理构造了灵巧机器人雅克比矩阵,并设计了性能评估指标；建立了灵巧机器人的动力学模型,并给出了静力变换关系,为零力控制奠定基础。然后,介绍了摩擦补偿方法,建立了灵巧机器人关节的摩擦模型,并分析了模型参数对摩擦力矩的影响；提出了基于能量法的遗传算法辨识摩擦模型,设计了摩擦模型参数的辨识算法；仿真表明该算法辨识的摩擦模型与真实值误差很小,并验证了辨识参数的有效性。最后,针对灵巧机器人与非结构化环境交互的柔顺性问题,提出了基于力矩的零力控制和基于力速变换的零力控制,在补偿关节摩擦力矩和重力项的基础上,将传感器检测的环境交互力通过雅克比逆矩阵等处理为力矩或速度,实现机器人柔顺跟随环境交互力运动,并分析了无需六维力传感器的零力控制可行性。搭建了simulink仿真平台,仿真验证了两种零力控制方法的有效性,并评估了它们的特点。本文提出了两种零力控制方法,提高了灵巧机器人在非结构环境中作业的柔顺能力,扩大了机器人的作业范围,该机器人在航天、核工业、医疗等领域中具有一定的参考价值。