《中国制造2025》提出要以高端装备、短板装备和智能装备为切入点,狠抓关键核心技术攻关,强化知识经验积累,持续提升自主开发和系统集成能力,实现制造业重点领域的智能化。机器人作为智能装备的代表,其相关技术是未来发展的重点。传统机器人一般应用于重复劳动的场景,缺少主动碰撞检测功能,安全性低。随着应用场景的丰富,市场对能够实现人机协作生产的机器人需求量加大,具有完善安全功能的协作机器人成为未来发展的突破方向。控制系统的性能决定了协作机器人的工作效率,碰撞检测算法的有效性决定了协作机器人的安全性。本文针对六自由度协作机器人设计了一种控制系统,选用倍福工控机作为控制主站,通过EtherCAT总线实现控制器与机器人的通讯;在机器人与环境障碍物的碰撞检测方面,提出了一种判断规划轨迹与环境障碍物碰撞情况的双层次检测算法,有效的提高了机器人的碰撞检测效率。本文设计了协作机器人控制系统的整体结构。选用倍福C6920-0060工控机作为控制器,科尔摩根RGM模组作为机器人关节轴,通过EtherCAT总线串联控制器与机器人实现通讯;在机器人运动算法方面,采用运动学方法建立机器人各轴转角参数与末端位姿的关系模型,使用D-H法建立协作机器人的连杆坐标系,求解并验证机器人模型的正运动学及逆运动学问题。结合五段速度S型曲线算法及严格同步规划策略,实现对各关节轴速度的同步控制规划,使机器人的运动过程保持平稳,避免了速度过冲问题;本文结合协作机器人连杆的形状特点,建立了胶囊体碰撞检测模型,采用几何体模型法的思想实现机器人各连杆间的碰撞检测,解决了协作机器人自身连杆间的碰撞检测问题;提出了一种检测机器人与环境障碍物碰撞情况的双层次检测算法。初次判断过程利用自适应动态碰撞检测法快速筛选出运动轨迹中可能与障碍物球体模型发生碰撞的轨迹范围,二次判断过程采用分离轴法准确判断该范围内的轨迹点与障碍物有向包围盒（Oriented Bounding Box,OBB）的碰撞情况。在Matlab环境中与自适应动态碰撞检测法及几何体模型法进行对比,验证了双层次检测算法在确保实时性的同时,检测结果更为准确,解决了协作机器人与环境障碍物的碰撞检测问题;研究选用Twin CAT NC PTP（Numerical Control Point To Point）的PLC FIFO（First Input First Output）功能控制协作机器人各轴,使六个关节轴在位置耦合的前提下,严格按照规划的无碰撞轨迹值运动,实现了协作机器人多轴同步运动;基于Matlab平台分别进行了机器人运动学算法、碰撞检测算法、五段速度S型曲线算法的仿真实验,并在搭建好的六轴机器人控制平台上进行“屏幕人脸跟随”实验。实验结果验证了本文各运动学相关算法的准确性,表明控制系统的性能稳定,同步性好,能够可靠的完成控制任务。本文通过设计协作机器人的控制系统,完成了机器人运动算法的研究以及机器人各关节同步运动控制方法的设计,提出了一种双层次检测算法实现协作机器人与环境障碍物的碰撞检测。实验表明,双层次碰撞检测算法比几何体模型法的检测速度快,比自适应动态碰撞检测算法的结果准确,更适用于机器人控制系统;本系统能够正确实现运动学求解、轨迹规划、碰撞检测以及多轴同步运动等功能,具有较好的工程实用性。