随着汽车产量的大幅提高,汽车轮毂的需求量也日益增加。汽车轮毂主要有钢轮毂和铝合金轮毂,其中又以铝合金轮毂应用最为广泛。铝合金轮毂的生产工艺已基本实现自动化,但打磨工序目前仍以人工为主。高成本、低效率的人工打磨制约着轮毂生产工艺的发展。因此,研发一套铝合金轮毂自动化打磨系统势在必行。机器人在打磨领域的应用已成为一种趋势,但机器人打磨过程中力/位耦合关系复杂,给打磨力控制带来了巨大困难。针对以上问题,实现机器人打磨的力/位解耦,控制输出恒定打磨力,是获得稳定打磨质量的关键。本文采用一种末端执行器实现力和位置的解耦,提出了一种新的恒力打磨控制策略,提高机器人打磨铝合金汽车轮毂的自动控制水平。首先,对课题组已有的风电叶片打磨末端执行器进行优化改进,建立起改进后末端执行器的数学模型。针对已有末端执行器质量大、体积大、强度低及颤震明显的不足,拆除支架、除尘罩固定板、联轴器等易与轮毂碰撞干涉且易引起颤震的零部件,并对连接法兰、螺钉强度等进行优化,改进后末端执行器可适应大负载,且更加轻便。基于改进后末端执行器的工作原理和结构建立末端执行器力平衡方程、电气比例阀阀口质量流量方程以及气缸腔内压力动态方程,从而得到改进后末端执行器的微分方程和传递函数模型,为控制系统的设计提供基础。其次,依据末端执行器数学模型的非线性特征以及反步法的反馈线性化特点,设计一种新型反步法+PID恒力控制器,并搭建控制流程,进行仿真分析。采用反步法将末端执行器的非线性微分方程模型反馈线性化,得到误差e与δ组成的线性模型,运用两个PID控制器对e和δ组成的线性系统进行控制,实现了非线性反步法与线性PID控制的有机结合。利用Simulink搭建仿真流程,整定出合理的控制器增益进行仿真验证。分析不同策略控制下末端执行器输出打磨力的仿真结果表明,反步法+PID控制相对于单纯的反步法和PID控制进一步提高了打磨力的响应速度和抗扰动能力。最后,搭建汽车轮毂打磨平台,实验验证控制系统性能。实验主要测量了打磨力的响应曲线、加速度扰动、铝合金轮毂及铝合金薄片表面打磨质量等数据。实验结果表明,反步法+PID控制策略能在保证打磨力稳态精度的同时,提高控制系统响应速度和末端执行器抗扰动能力,与仿真结果吻合。最终获得了稳定的打磨质量,抛光后铝合金薄片表面轮廓高度波峰和波谷的差值为2.8μm,达到铝合金轮毂行业的抛光标准。