随着计算机科学、控制理论以及传感技术等诸多学科的快速发展,机械加工制造业的自动化程度得到迅速提高,越来越多的工业机器人开始用于与环境有接触的作业任务中,单独的位置控制难以达到需求的作业质量,需要为机器人增加力控制功能。本文针对机器人在磨削加工中的应用,从接触力测量及其控制方法和专用末端执行器设计的角度开展研究,设计一种一维恒力装置即触觉法兰,采用基于位置的阻抗控制策略,设计接触力控制系统,通过控制触觉法兰的末端位置实现磨削过程中的接触力恒定。主要研究工作包括:(1)对磨削过程及其受力进行分析,确定控制目标。分析触觉法兰的磨削作业过程,确定传动方案,对其机械结构进行设计,并根据结构及作业需求对各参数进行计算并对主要元件进行选型。基于本文设计的触觉法兰,提出了四种接触力的测量方法。(2)设计双法兰式压扭耦合传感器,可将其安装于磨削用直流电机与支撑架之间,用于接触力及磨削力矩的测量。对于传感器弹性体在满量程时的应变较小的问题,提出三种改善方案,并对其效果进行计算分析,最终确定选用有机玻璃设计弹性体。根据拉压力及扭矩的测量原理确定应变片的分布方式,并对传感器的电路系统进行设计。(3)对触觉法兰与环境接触时的控制策略进行研究,对比分析阻抗控制的两种实现方式,建立触觉法兰末端与环境接触时的阻抗模型,设计基于位置的阻抗控制系统。对阻抗控制的稳态误差进行分析,通过Simulink建立阻抗模型,仿真研究阻抗参数对控制性能的影响。(4)搭建触觉法兰控制实验平台,由于力传感器定制周期长,本课题通过采集伺服电机输出力矩间接得到磨削时的法向接触力。设计控制程序流程图,完成控制软件的编写与调试,实现了触觉法兰的磨削控制。由于伺服电机输出力矩受到自身电流的影响,不能稳定、准确地反映末端与工件的接触力,使得磨具与工件接触时,磨具产生周期性的振动。可以后期通过力传感器采集的扭矩和轴向力进行力反馈,从而避免伺服电机输出转矩的振荡问题,达到更好的实验效果。