打磨抛光行业工作环境恶劣,对操作工人的身体和心理造成极大伤害。随着中国社会的进步和中国制造产业的升级,应用工业机器人替代工人进行打磨抛光作业是该行业发展的趋势。打磨抛光机器人在作业时,需要对打磨抛光接触力进行精准控制。由于加工过程中的接触力与位置深度耦合,因此打磨抛光机器人的接触力精确控制是打磨抛光机器人开发的难点。论文针对打磨抛光机器人的接触力精确控制方法展开研究,设计了一款用于打磨抛光机器人的末端执行器,较好地对接触力和位置进行解耦,同时开发了基于改进PSO算法的模糊PID控制方法,实现对打磨抛光接触力的精准控制。论文的主要工作包括:第一,为了实现打磨抛光末端执行器柔性浮动、恒力打磨和快速响应的设计目标,论文运用功能需求-机械结构的映射方法,以打磨抛光末端执行器重量最小为约束条件,对打磨抛光末端执行器进行机械结构分析,设计了一款以气动马达和低摩擦气缸相结合的柔性打磨抛光末端执行器。第二,对设计的打磨抛光末端执行器系统进行数学建模分析。通过对系统中的电气比例阀流量特性、低摩擦气缸流量特性、气管流量特性和打磨抛光末端执行器动力学建模,得到了打磨抛光末端执行器系统的传递函数,使用MATLAB中的伯德图分析,得出该系统具有较强的稳定性。第三,对PSO算法进行改进,引用随机惯性权重,提高其寻优能力。在模糊PID控制方法上,采用改进PSO算法优化PID控制初值参数,得到了改进PSO算法的模糊PID控制方法。通过MATLAB仿真分析得出,改进PSO算法的模糊PID控制系统具有更快的响应速度以及更优良的鲁棒性。第四,利用设计的末端执行器搭建了打磨抛光机器人实验平台,采用开发的柔顺控制方法对打磨抛光末端执行器进行控制,开展了阶跃信号响应对比实验和恒力打磨抛光实验。实验表明基于改进PSO算法的模糊PID控制方法能够在对打磨抛光末端执行器输出接触力精确控制的同时,获得较高的阶跃响应速度;打磨抛光末端执行器输出的接触力误差可以控制在±1N之内。