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制造业是我国经济发展的重要支柱产业，从2015年提出“中国制造2025“战略计划以来，机器人在过去的三年里高速增长。随着工业的进步，需要磨削零部件复杂度的增加和对质量要求的提高，机器人在磨削领域得到了广泛应用。但是，现在磨削机器人的应用还主要依靠点点示教的方式进行，大大的降低了工作效率。而磨削机器人在磨削行业中没有实现到高度自动化的一个重要原因就是带环境约束的机器人接触力控制方法的不成熟。因此带环境约束机械臂的接触力控制成为机械臂现在一个十分重要的研究方向。本文针对未知连续曲面的磨削过程中恒力跟踪控制中具有超调、控制精度差和动态响应速度慢的问题进行了研究，主要的研究内容和成果如下: 1.针对机械臂对未知连续曲面恒力跟踪具有较大超调的问题，提出了一种基于模型预测控制算法和曲面预测方程的曲面恒力跟踪方法。首先给出了受环境约束的机械臂离散、线性化的动力学模型;分析了机械臂末端和环境的力作用方式;设计了曲面预测方程，结合已走过的轨迹位置信息和力信息对未来的曲面位置进行估计;设计了基于模型预测控制算法的受约束机械臂轨迹跟踪力源控制方法;然后让机械臂根据该方法对估计的曲面位置进行力源跟踪。最后在仿真中控制机械臂追踪未知连续曲面，证明了机械臂对未知连续曲面作业时所提算法力控制的实时有效性，在保证控制精度的前提下，有效的抑制了超调问题，提高了系统对曲面变化的鲁棒性。 2.受启发于弹性驱动器的工作原理，设计了一款主动弹性力控机构串联至机械臂末端用于提高机械臂曲面力跟踪的精度。首先给出了所设计末端的三维结构图和实体图;然后分析了机构的力源控制模型和不同刚度弹簧对控制结果的影响;最后通过仿真和实验，与传统的被动柔顺控制相对比，证明了该机构较传统被动柔顺控制方式更好的提高了机械臂末端接触力的恒力跟踪精度，减小了机械臂柔顺力控制对机械臂位置控制精度的要求。 3.针对机械臂与环境接触时恒力跟踪时动态响应速度慢的问题，基于位置控制的阻抗控制方法和遗传算法，提出了基于实时优化遗传算法的阻抗控制方法。在研究过程中，首先对比了阻抗控制中三个阻抗参数对机械臂末端接触力的影响;然后根据提高机械臂恒力跟踪的响应速度和控制精度的性能指标，改进用于离线优化的遗传算法的交叉、变异和计算适应度值等操作算子的处理方式，实现了对阻抗控制方法中的参数进行实时优化;最后通过simulink和S-函数进行仿真。结果表明，和传统控制方法相比，该方法可以在保证控制精度的条件下，提高了机械臂与环境接触力的动态响应速度，并具有较小的或者没有超调量。