随着机器人的应用领域愈加广泛,越来越多的任务需要机器人与人的协作。在机器人的工作空间内,不可避免会发生碰撞,对人或者机器人以及环境造成伤害,因而人机协作的安全性问题亟待解决。从安全性出发的机器人控制策略发挥着越来越重要的作用。本文以三自由度SCARA机器人为研究对象,对其在PCB板上进行插装任务时的安全性进行研究。主要内容如下:机器人动力学研究是机器人控制策略研究与安全协作的基础,为了获得精确的动力学参数,通过拉格朗日方法建立SCARA机器人的动力学模型,并对模型参数进行辨识。参数辨识过程包括对机器人动力学模型线性化处理,设计与优化激励轨迹,以及利用最小二乘法对动力学参数进行估计。并对关节摩擦力进行了建模与辨识,在SCARA机器人平台上进行摩擦力辨识实验,获得相应的摩擦力参数。在动力学模型基础上,对基于扰动观测器的碰撞检测算法进行了分析。利用基于广义动量的扰动观测器估计机器人关节外部接触力矩,无需安装力传感器,节约了成本,也不需要计算加速度,有效地避免了由加速度信息不对称带来的系统不稳定性。为保证人机交互时的安全性,设定碰撞检测阈值,采取三种碰撞后安全反应策略。并对碰撞检测算法做出仿真分析与实验验证。针对三自由度SCARA机器人碰撞检测后的位置与力控制问题,本文采取混合阻抗控制来实现机器人的位置跟踪与力跟踪。根据阻抗控制的原理建立了基于位置的阻抗控制和基于力的阻抗控制的期望阻抗模型。结合两种基本的阻抗控制方法,引入选择矩阵,获得混合阻抗控制。利用混合阻抗控制在SCARA机器人任务空间中的约束方向上进行力跟踪控制、自由运动方向上进行位置跟踪控制。在Simulink平台上,采用基于广义动量的扰动观测器来估计外力矩,分别对混合阻抗控制在自由空间的位置跟踪效果,以及在任务空间的恒力和变力跟踪效果进行了仿真,并研究了不同阻抗参数对控制系统的影响。仿真结果表明,混合阻抗控制方法的位置跟踪和力跟踪效果较好,SCARA机器人能通过混合阻抗控制很好的同时控制位置和力。