随着近代社会文明的进步与科学技术的发展,机器人在工业生产、医疗健康、社会服务等领域不断拓展,作业环境与任务要求更加特殊化、复杂化和多样化,基本形式的单臂机器人任务环境适应性明显不足,局限性愈发凸显,人们开始采用两个甚至多个机器人以期实现单臂机器人难以甚至无法实现的功能,其中如何有效地控制双臂相互配合协调执行操作任务十分关键。本论文以双臂协作机器人作为研究对象,重点对其运动学建模、动力学建模、协调操作运动规划以及柔顺控制进行了深入研究,以期提高双臂协作机器人执行协调操作任务的能力。主要研究工作内容如下:首先,建立了双臂协作机器人的运动学和动力学模型。针对双臂机器人本体,以左臂为实验对象,利用DH坐标法建立机器人正运动学模型,采用数值蒙特卡罗法分析机器人双臂工作空间;运用Newton-Raphson迭代方法求解机器人逆运动学问题,使用奇异鲁棒性逆解决伪逆矩阵奇异问题;同时,使用牛顿欧拉递推方法推导动力学求解算法,建立机器人的动力学模型。其次,研究了双臂协调操作的运动规划方法。双臂之间采用主从方式进行工作,在单臂机器人运动轨迹规划及运动学模型的基础上,分析双臂协调操作的运动约束关系,建立双臂闭链运动学模型,保证从臂跟随主臂运动效果;此外,分析了常见包围盒模型,构建机器人各关节椭球包围盒模型进行避碰规划,确保双臂无碰撞进行协调操作。再次,研究了双臂协调操作的柔顺控制方法。在双臂机器人动力学模型的基础上,分析双臂协调操作的动力约束关系,采用主从式双臂的力位混合控制方法,分别设计了位置控制律和力控制律,在主从臂运动跟踪基础上增加从臂末端力的控制,提高了机器人系统柔顺性。最后,开发了双臂协调控制软件模块,搭建了三维可视化仿真环境以及实验操作平台,针对课题研究内容设计了相关的任务实验,通过仿真验证后进行协调操作任务物理实验,采集并分析实验过程中双臂各关节及末端运动数据,验证所提出方法的正确性和有效性。