轻量化操作臂是为了便于灵活操作，与未知环境和人发生交互作用而特意设计的，具有轻质量、高负载自重比、高速、多自由度并且与人类手臂相似尺寸等特征，是下一代共融机器人的主要发展方向。轻量化操作臂系统设计方面，目前普遍采用模块化的机电设计方法：每个关节模块都是独立的智能驱动控制单元，利用高效率的电机和高负载自重比的减速器（一般为谐波减速器）进行驱动关节设计，关节内部集成力矩和位置传感器，且通常采用传感器冗余设计。轻量化操作臂的研究重点一是为了实现轻量化和低能耗的系统设计，二是为了保证交互安全性和柔顺性的柔顺控制。

 实验室解决了轻量化操作臂系统设计研发中的两个关键问题：高效率电机的设计和高集成度、结构紧凑的模块化关节设计。基于实验室自主研发的高转矩密度力矩电机，并结合谐波减速器完成了如图1所示的模块化关节整体结构的设计。由于谐波减速器本身的柔性会影响驱动关节模块的运动控制精度，因此除了在电机端安装一个增量式位置编码器外，还在输出轴端安装一个绝对位置编码器。为了实现驱动关节模块以及操作臂的柔顺控制，驱动关节模块输出轴端安装一个转矩传感器，保证每个驱动关节模块具有感知外部载荷（或输出力矩）的能力，其它的必要零部件还包括安装在电机端的制动器和驱动控制板。关节各个零部件的装配图如图