该文探讨了工业机器人实验教学课程中虚拟仿真与实物实验有机结合的安全操作教学方法。根据实际应用场景设计了工业机器人在有限空间中的轨迹规划实验，并给出了物理建模、运动学计算、轨迹规划的递进式解决方案，提出了基于MATLAB Robotics Toolbox的虚拟仿真教学过程和基于国产工业机器人的实物实验教学过程，在此基础上综合设计了虚实结合的安全操作实验教学方法，以实际课程案例说明其应用效果。采用该方法进行实验教学能够在保证安全操作的前提下使学生循序渐进地掌握工业机器人操作过程，为学生进行开放性实验探索提供安全的虚实结合架构，在教学过程中取得了良好的效果，也可推广到其他具有操作危险性的实验教学课程。

为解决搬运机器人无法在复杂光环境下实现精准循迹等问题，提出适用于智能搬运机器人的融合多光学传感和变积分PID方法。将短波长激光器与多路灰度传感器相结合，实时采样循迹轨迹并应用滑动平均滤波算法预处理其采集信息，计算数据与平衡状态的偏差，再对其加权累加融合后作为变积分PID算法的输入量，收敛距离可缩短至10 cm以内。在此基础上，在搬运机器人本体增加抓取物块结构，以拓展搬运机器人作业的灵活性和适用性，采用4自由度机械臂、气泵和载物台组成灵活抓取结构。实验结果表明，在室内光线和室外自然光环境下，该算法可在3 min内实现二维码识别、稳定循迹和物块搬运等功能，且机器人的任务准确率均为100%。变积分PID算法能够增强搬运机器人循迹的实时反馈，加快对循迹误差的响应能力，提高了搬运机器人循迹的稳定性和环境适应性。

面向电动汽车的电池换电需求，对换电站电池包对接中的锁止机构定位问题，提出了一种基于点云分割的电池包锁止机构6D位姿估计方法。该方法使用YOLOv5网络从场景中分割出锁止机构的点云，并使用体素滤波与移动最小二乘拟合进行点云的滤波与平滑；通过引入点云分割网络预测点云标签，为快速点特征直方图特征加入全局语义特征，弥补快速点特征直方图只有点云局部特征的缺陷，并根据该特征进行随机抽样一致性刚体点云配准，估计锁止机构点云的6D位姿，最后使用迭代最近点方法算法校正位姿估计结果。实验结果表明，基于点云分割的锁止机构6D位姿估计算法精度较高，可以克服环境噪声导致的误匹配，精确获取锁止机构位姿，其位姿估计的角度误差可以达到1.90°，位移误差可以达到1.4 mm，RMSE可以达到1.5 mm，为换电站电池对接定位提供了有效的解决途径。

为了实现空间机器人捕获航天器及辅助对接操作的柔顺化，对航天器对接装置的输出力与位姿的精确控制进行了研究，且在关节电机与机械臂之间添加了弹簧阻尼缓冲装置，以防止接触、碰撞时产生的巨大冲击力造成关节破坏。首先，结合Newton第三定律、捕获点的速度约束及闭链系统的几何约束，获得了捕获航天器后的混合体系统动力学方程，通过动量守恒关系计算了碰撞冲击效应与冲击力。接着，通过航天器对接装置相对载体坐标系的运动学关系，建立了对接操作过程中的阻抗模型。然后，设计了一种鲁棒自适应双层滑模控制策略，其与阻抗控制相结合，采用力加载随动控制系统实现对接装置的位姿与输出力的精确控制，以降低接触、碰撞时的冲击力。该控制策略具有双层滑模结构，其第一层保证混合体系统在有限时间内收敛，第二层用于解决控制的高增益问题。最后，通过Lyapunov定理证明了系统的稳定性；利用数值仿真验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明，在给定的速度下缓冲装置最大可将碰撞冲击力矩降低46.78%，输出力的控制精度优于0.5 N，位置、姿态的控制精度优于10^-3 m，0.5°。