不确定环境下机器人螺丝刀的紧固力矩控制

田康健 王冬青

摘要： 针对自动螺钉螺纹深度与紧固扭矩之间的关系，本文提出了一种带扰动观测器的伺服控制系统来估计螺丝的紧固扭矩，不使用扭矩传感器來测量紧固扭矩。本方法由紧固产生的反作用力矩可以转换成与控制器一起进入的等效电压。干扰观测器可以估测螺丝驱动器电机的状态变量和螺钉紧固期间的紧固扭矩，螺旋驱动器的角位移由状态反馈控制器控制，该控制器利用估计的干扰和状态产生反馈控制输入，并补偿反作用力矩。同时，为测试本文所提扭矩监测方法的有效性，模拟原型螺钉紧固平台进行仿真实验。仿真结果表明，当目标接近螺丝刀系统测试估计干扰时，扰动估计器可以快速响应外部扰动，精确控制旋转刀头的位移，并收敛到给定值，同时以非常短的响应时间快速估算紧固扭矩，证明了扰动观测器的有效性。该研究在现实生产中具有重要的实用价值。

关键词： 螺丝刀; 螺丝紧固; 扭矩估算器; 干扰观测器; 状态空间控制

中图分类号： TP273+.1; TP242.6  文献标识码： A