工业机器人诞生半个多世纪以来,各项技术逐步完善,广泛应用于汽车制造业等工业生产过程中,取得了显著的经济效益。然而,传统的工业机器人只能处在无人环境中工作,需要将工作环境中的机器人与操作人员隔离开,机器人无法摆脱安全围栏对工作范围的限制,也会影响机器人与工人一起完成各项任务的能力。因此,设计并搭建出一套具有人机交互安全性能的七自由度机械臂系统,将会在军事应用和民用作业等方面,有着广阔的应用前景和实用价值。文中设计了一套七自由度机械臂系统,包括一个七自由度机械臂的实物样机和一套机械臂的控制系统,通过集成使用多种外部传感器,从安全相关监控停止、手动引导及功率与力的限制等三个方面,进行七自由度机械臂的人机交互安全性研究,主要开展以下工作:（1）介绍了七自由度机械臂人机交互安全性对工业生产的现实意义与应用背景,总结了现有七自由度机械臂、机器人控制系统及工业机器人安全问题的发展及研究现状。（2）介绍了七自由度机械臂实体样机的设计工作;根据重复定位精度±0.1mm,负载6kg,工作半径1100mm的设计参数,确定了七自由度机械臂系统的总体设计方案,包括机械臂系统总体布局方案、机械臂机械结构与控制系统硬件选型方案,对运动控制器与伺服系统连接进行介绍;对七自由度机械臂受力部件,使用ANSYS软件进行分析;根据对串联弹性驱动器设计过程进行整理,设计一款串联弹性驱动器参数化设计软件。（3）针对设计的七自由度机械臂进行了运动学的正逆解分析、工作空间的分析及MATLAB仿真;使用ADAMS仿真软件对七自由度机械臂进行动力学仿真分析,验证了机械臂结构设计与驱动系统选型的正确性。（4）对机械臂控制器的软件需求分析,给出了七自由度机械臂软件系统设计方案;对软件系统进行功能模块划分,分别对基于ROS的上层运动控制以及底层运动控制进行详细介绍,介绍了基于运动控制卡的机械臂底层关节运动控制、位置闭环控制与安全交互控制,着重对安全相关监控停止、手动引导及力的限制三种人机交互形式进行介绍。（5）实验部分,根据ISO/TS 15066技术标准,搭建了一套七自由度机械臂人机交互安全性研究平台,分别进行了机械臂重复定位精度实验、基于Kinect的人机环境监测实验、零力控制实验及安全碰撞实验等相关人机交互安全性实验。