随着工业4.0的到来,工业机器人开始在各行各业中广泛应用,不仅可以提高企业的劳动生产率,降低企业生产成本,而且对减轻工人的劳动强度,提高劳动环境、保障工人的人身安全具有十分重要的意义。在抛光打磨行业,工业机器人恒力控制极为重要,精确的力控制可以降低零件表面的粗糙度,提高零件的质量;然而在传统的机器人恒力控制中,既要对机器人进行力控制,又要对机器人进行位置控制,导致工业机器人整体控制复杂,响应较慢,精度较低。为解决以上问题,基于工业机器人力和位置分离的方式,通过设计独立的恒力控制装置来解决工业机器人作业的力控制,使机器人力控制作业中不用考虑机器人的运动控制,达到解耦的效果,从而降低机器人整体控制的复杂度,提高机器人力控制精度。本文分别从机械结构、数学模型、硬件和软件等方面分别对工业机器人主动恒力装置进行设计与实现。首先分析恒力装置的工作要求,明确要实现的功能,根据其原理对恒力装置的机械结构和气路结构进行分析,给出了满足要求的机械结构方案,减少运动过程中不同部件之间的耦合关系,保证恒力装置高效工作。其次分析恒力装置的整体结构,明确恒力装置模型的核心是压电式比例阀,通过分析阀和各传感器的工作过程得到恒力装置整体系统模型,并对该模型进行模糊PID控制,得出稳定系统的控制参数。再对恒力装置的硬件和软件进行设计,硬件进行设备选型,设备布局和控制器IO分配;软件采用上下位机的工作方式,依据TCP/IP通信协议进行数据交互,下位机负责对恒力装置的运动控制,上位机负责数据监控以及数据更新,从而达到人机交互的目的。最后采用UR机器人建立主动恒力装置的实验平台,测试不同状态下恒力装置的输出力的情况,同时在上位机中对实际数据进行监控。实验结果表明,设计的主动恒力装置能在各种状态下保持输出力的恒定,提高了工业机器人的力控制精度,降低了机器人力控制的复杂度,能在实际应用过程中保持良好的恒力控制性能,具有较好的应用价值。