串联弹性驱动器（Series Elastic Actuator,SEA）是一种具有仿生弹性驱动,能够实现柔性功能的力输出设备。通过在负载与驱动器之间加入弹性单元和相应的传感器,可以实现对相应的关节进行主动柔顺控制的功能。目前,SEA在仿人机器人、康复机器人、机械外骨骼等领域已经开始广泛应用,而将SEA应用于机械臂,可实现机械臂柔顺化动作、自调整接触、防碰撞等仿人性要求,降低发生意外时对机械臂本体和环境的二次伤害。针对SEA在机械臂中的应用问题,本文的主要研究内容如下:本文首先依据实验室的码垛机器人腕部结构尺寸设计SEA结构,详细介绍了 SEA样机组成及其工作原理,推导了 SEA力矩测量公式,给出了 SEA的性能参数,并对主要元件进行有限元分析确保其可靠性。同时,为验证所设计SEA样机的正确性,对SEA样机完成了 PWM控制、编码器读值及力矩测量的测试实验。在对SEA模型的研究中,由于电机存在速度/位置输出和力矩输出两种情况,因此本文将弹性单元简化为刚度-阻尼系统后,根据电机的输出形式分别建立了 SEA速度/位置源模型和力源模型,并利用奈奎斯特图和伯德图对两种模型进行稳定性分析,研究系统刚度、阻尼和负载对稳定性的影响。其次,本文利用ADAMS和MATLAB联合仿真技术建立了 SEA虚拟样机仿真平台,并在虚拟样机中进行了 SEA力跟踪仿真实验。针对SEA在机械臂中的应用,本文根据SEA具有柔顺性的特点,在虚拟样机中进行了单关节机械臂零力控制、双闭环PID位置控制及柔顺控制的设计及仿真。最后,本文利用Arduino和PC机搭建实验平台,通过实物实验的方式验证零力控制系统、力跟踪控制系统及柔顺控制系统,并完成了 SEA与实验室现有码垛机器人的集成实验。