作为目前科学技术领域最具创新力的领域，机器人技术在决策、执行和感知方面达到了一个很高的水平。机器人不仅能够在教育、医疗和工业领域创造巨大的显示意义，同样在军事、娱乐和服务等领域也能带动产业的发展和战略性创新提升。目前在我国的国防军事能力提升、医疗设备创新和应急事件处理放慢都已经取得了巨大实现。随着机器人技术的不断发展，机器人类型，数量和应用范围会不断增加，届时将有更多的机器人服务于人类社会。

虽然目前机器人在社会中的应用已经达到了比较广泛的程度，但实际使用领域还较为基础，智能程度也比较低，但随着目前机器学习、人工智能等科学技术的发展，机器人的智能化程度会越来越高，且能够替代和协同的工作也越来越多，因此如何保证未来机器人在人类社会中的广泛应用时不会造成危害，成为了目前所关心的首要问题，因此如何实现机器人的安全性应用成为了机器人发展道路上的重中之重。

在传统的工业领域中，机器人所应用的场所是确定的，其所能完成的工作也是确定的和已知的。在这种情况下，机器人按照之前设定好的轨迹和动作进行相应的操作过程，然后借助一些高精度的位置控制器来达到期望的动作，将上述过程进行不断的重复，从而实现对于人类的替代，这种运行对与机器人来说最为重要的是控制每个关节的精确运动，只有当每一个关节都能够达到预期效果，机器人整体运行时才能够实现期望的目标。

对于机械的精密运动问题，主要采用刚性驱动器来实现，因此这类机器人具有高刚性的特点，而对人类安全是没有保障的。正因为上述原因，具有高刚性的机器人能够精确定位并实现精确追踪，从而使得重复工作能够高效稳定的执行，人类也可以从死板且枯燥的工作得以解放。但是人们的安全性是一个问题，需要对机器人进行隔离以保证人类的安全，而且该类机器人在应对复杂环境时容易出现极差的兼容性。

目前，为了解决上述问题，通常会采用相应的传感器对人类活动进行检测，传感器会不断的对外界事物进行探测，然后将探测到的内容传输给 CPU并行处理，并决策出相应的控制方式。在保证人类安全性方面，传感器需要不断的探测且要在极短的时间内将探测结果反馈并进行相应的处理，这不仅在硬件方面具有极大的挑战，对软件和算法的要求同样很高。相比之下，人类的肌肉骨骼系统能够很好的解决这类问题，在安全性问题上具有极大的优势，比如机构的弹性和收缩性能够在机器遇到形变时进行弹性作用，也就是我们俗称的反射，这类反射要比条件反射更快，远远超过了大脑的决策速度，我们通常将其称为超前反馈，很多研究学者借助仿生学内容，从模仿人类的角度出发来实现对人类的保护，即采用模拟肌肉粘性和弹性的及其关节和机械臂来制造仿人类机器人，改善机器人性能，尤其是安全性对人类的重要作用。

未来市场要求机器人与人互动，这对机器人关节设计及控制提出了更高要求。串联弹性作动器（SEA）提供了一种被动柔顺的机器人关节解决方案。结构上增加了被动弹性也为控制提出了新的要求。

1.2 国内外研究现状分析

现如今，柔性机器人在工业机器人界内被研究得火热。造成这种现象的部分原因是将人的灵活性引入到了机器人中，希望借此提高机器人与外界动态接触时的稳定表现。比起传统机器人，柔性机器人更加安全，即使部分传感器不正常工作，该类机器人仍然保持顺从性。从机械的角度来看，在过去的探索中，已经研究出了一些技术（气动，液压和其他一些在未来可能被利用到的材料，如电活性聚合物，形状记忆聚合物和合金）。气动和液压驱动器过去应用假肢/矫形器上，触觉设备，类人形机器人和腿式机器人上，但是他们需要压缩空气或流体源，往往难以满足移动系统。电活性聚合物和形状记忆合金或聚合物可以是一个未来的可能性，但他们尚未成熟。在当前的最先进的状态，大多数的实现是在传统的电动机上加一个软元件和/或一个柔顺控制器。

在较早的研究中，通常采用可变刚度的关节机构方案，例如Sensinger采用一种旋转型无回差机构，这套设备的刚度是182Nm/rad的扭簧设计，这样的设计能够缩小扭矩输出，但却不能低于扭矩控制。相比于Sensinger，Sugar就很巧妙的借助了并联机构来现关节的柔化，Kolacinski采用V字线性弹簧进行储能，Sulzer采用轮绳结构来实现膝盖关节处的柔化，但这只是一种轻量级的提升。

德国机器人Justin加入了力矩传感器来检测执行器的末端变化，同时以关节的位置和力度来校准结果，达到储能再利用的目的，且这种措施保证了震荡的减弱和手臂系统的阻抗控制。而LWR系列的改进版中，DLR将可变刚度柔性关节加入驱动系统中，通过装备DLR机械手臂来实现相应功能，该手臂搭载了19个弹簧。相比于此FSJ在改进中加入了浮空弹簧来实现弹性控制，BAVS采用双向对抗弹簧作为相应元件。