随着机器人技术广泛应用于电子器件加工、航空航天等各类工业制造和生产当中,协作机器人、人机共融成为了现在乃至未来发展的方向,传统的工业机械臂由于刚度和惯量大,很难满足这一类的场景。要保证机械臂人机交互和工作的安全性则需要主动提高机械臂的柔顺性。如何设计柔性关节并进行动力学模型分析,如何设计合理有效的控制算法来抑制关节残余抖动并进行柔性关节的重力补偿成为了关键问题。针对这些问题,本文设计了串联弹性驱动器（SEA）新构型,搭建了柔性机械臂关节实验平台并进行了系统参数辨识,研究了柔性机械臂的动力学模型和柔性机械臂的柔顺控制方法,最后通过搭建的实验平台验证了控制算法的有效性。首先研究了柔性关节的设计方案,主要包括柔性关节整体结构设计,柔性关节串联弹性驱动器设计和仿真,柔性关节机械臂实验平台的硬件选型和控制系统设计,搭建了柔性机械臂关节实验平台,为控制算法设计研究和实验验证提供了基础。其次,针对柔性关节机械臂建模提出四个合理的假设,建立了柔性关节机械臂动力学模型,并对搭建的柔性机械臂关节实验平台进行了单关节的动力学参数辨识,为后续实验提供了动力学参数。接着使用了时滞（PIR）控制算法,通过直接积分法分析了控制算法的稳定性。提出了基于Sigmoid函数的PR控制算法（SPR）,这两种控制算法能极大的抑制柔性关节残余抖动;随后,通过在线重力补偿算法解决了静态重力补偿不准确的问题,并分析了算法稳定性。最后,进行了多组实验,包括无重力情况下阶跃响应实验、考虑重力情况下阶跃响应实验、梯形信号跟踪实验、正弦信号跟踪实验,验证了所提出的控制算法能有效的抑制残余抖动,在线重力补偿能有效的补偿重力。