传统机器人大多是为了专门的任务开发,应用范围十分有限,当任务发生改变,或者周围环境有所变化时往往需要开发一套新的机器人,具有开发周期长、开发成本高的缺点。除此之外,随着机器人技术的发展与机器人应用范围的扩大,有时候人们并不能完全准确的预知机器人的应用环境与任务,在这一背景下研究人员开始了模块化机器人的研究。模块化机器人因为可以在扩大机器人的应用范围的同时缩小开发周期,一直是机器人领域研究热点之一。在模块化机器人系统中,模块化关节作为模块化机器人的基本构成,其控制性能会在很大程度上决定整体机器人的控制效果。在关节的控制系统中,随着谐波减速器与力矩传感器等元件的应用,给关节带来了不可忽视的柔性,限制了关节对高精度与高频率任务的执行能力,因此在进行关节的建模与控制时,需要将柔性考虑进来进行关节控制系统的设计。本文在设计模块化机器人整体控制方案的基础上,基于柔性建模与补偿进行了模块化关节控制系统的研究:首先,完成了模块化关节分布式控制系统的设计。采用基于CAN总线的分布式控制系统作为模块化关节机器人的控制方案;在此基础上,进行了单关节嵌入式控制系统的开发,实现了关节的电流、速度与位置环的控制。然后,完成了模块化关节的建模。对关节内部柔性、摩擦力、间隙、扰动等影响关节控制精度的因素进行了分析,而后分别从电机、摩擦力与关节柔性三个方面进行分析与建模,完成了关节的整体建模。其次,完成了关节内非线性摩擦力模型的参数辨识。根据建立的摩擦力模型设计进行模型的参数辨识实验,获得实验数据后,使用遗传算法对实验数据进行了模型拟合;拟合之后将模型拟合结果与stribeck模型与离散lugre模型进行对比分析,验证了摩擦力模型的有效性。最后,完成了柔性关节控制方法的设计。在对关节进行摩擦力补偿的基础上,针对奇异摄动法只能控制弱柔性关节的缺点对关节进行了柔性补偿。在奇异摄动控制法的基础上,对慢变子系统采用基于名义模型的滑模控制,仿真验证了所提的混合控制律的有效性。