螺母自動(dòng)擰緊機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要以汽車保險(xiǎn)絲盒為例的汽車配件的生產(chǎn)中，螺紋緊固件連接裝配是比較繁瑣的工作，存在大量的重復(fù)性勞動(dòng)。不同型號(hào)的汽車保險(xiǎn)絲盒結(jié)構(gòu)存在差異，且所需擰緊螺母種類較多，當(dāng)前主要依靠工人用多把電批進(jìn)行裝配，不僅效率低，而且無(wú)法控制擰緊力矩的有效范圍。針對(duì)以上問(wèn)題，本文主要是設(shè)計(jì)一種面向多規(guī)格螺母的自動(dòng)擰緊機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠分別實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊、螺母上下料、套筒更換、上下位機(jī)通訊以及圖像識(shí)別等的控制。主要是利用驅(qū)動(dòng)裝置（電機(jī)）將執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動(dòng)到指定位置，進(jìn)行對(duì)螺母的夾取、擰緊等工作，擰緊過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩值的實(shí)時(shí)測(cè)量和輸出，達(dá)到設(shè)定扭矩后判斷扭緊情況和進(jìn)行補(bǔ)償。關(guān)鍵詞：螺紋聯(lián)接；扭矩控制法；控制系統(tǒng)；PID控制；STM32TOC\o"1-3"\h\z\t"2.1摘要,1,2.4ABSTRACT,1,4.1一級(jí)標(biāo)題,1,4.2二級(jí)標(biāo)題,2,4.3三級(jí)標(biāo)題,3"摘要 IAbstract II第一章 緒論 11.1研究背景與意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 41.3研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排 71.4本章小結(jié) 8第二章螺紋聯(lián)接過(guò)程及擰緊控制方法 92.1螺紋聯(lián)接過(guò)程 92.2螺紋擰緊控制方法 102.2.1扭矩法 102.2.2扭矩轉(zhuǎn)角法 112.2.3屈服點(diǎn)法 122.2.4擰緊控制方法總結(jié) 122.3本章小結(jié) 13第三章控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 143.1控制系統(tǒng)功能需求分析 143.2控制系統(tǒng)總體架構(gòu) 143.3控制系統(tǒng)的總體控制流程 163.4本章小結(jié) 18第四章自動(dòng)擰緊機(jī)的下位機(jī)設(shè)計(jì) 194.1控制系統(tǒng)部分硬件的選擇 194.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置 194.1.2扭矩傳感器 214.2控制系統(tǒng)硬件電路 224.2.1STM32F407IGT6微控制器 224.2.2電源電路 244.2.3串口通信電路 254.2.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 254.2.5編碼器及扭矩傳感器信號(hào)檢測(cè)電路 264.3本章小結(jié) 27第五章基于Simulink的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制仿真 285.1PID控制算法基本原理 285.2PID控制算法參數(shù)設(shè)計(jì) 305.3PID控制仿真實(shí)驗(yàn) 315.4本章小結(jié) 33第六章總結(jié)與展望 346.1總結(jié) 346.2展望 34參考文獻(xiàn) 36

緒論1.1研究背景與意義汽車自第二次工業(yè)革命開始逐漸成為世界上最普遍的交通工具，在一輛汽車的產(chǎn)生中需要極多的零部件參與，每一個(gè)零部件的生產(chǎn)和在汽車中的作用都極其重要，其中汽車保險(xiǎn)絲盒在保護(hù)汽車避免發(fā)生重大故障方面上有重要的作用。汽車保險(xiǎn)絲盒的裝配需要使用多種規(guī)格的螺紋緊固件連接，由于汽車行駛過(guò)程中的長(zhǎng)期振動(dòng)，為防止螺母松動(dòng)，降低配件故障率，提高行駛過(guò)程中的安全性，裝配中對(duì)螺母擰緊時(shí)的扭矩有一定要求，扭矩過(guò)大會(huì)出現(xiàn)斷裂，扭矩過(guò)小，螺母易松動(dòng)甚至脫落。如圖1.1所示，目前汽車保險(xiǎn)絲盒的螺紋緊固件連接裝配仍采用工人手持電批的方式生產(chǎn)，擰緊一個(gè)配件的螺母需多次更換電批，這樣會(huì)使生產(chǎn)效率降低，勞動(dòng)強(qiáng)度增大；由于是手持電批進(jìn)行作業(yè)，無(wú)法評(píng)估擰緊扭矩，只能憑經(jīng)驗(yàn)，因此，企業(yè)急需能夠應(yīng)用于汽車配件螺紋緊固件連接的全自動(dòng)螺母擰緊機(jī)。圖1.1工人手持電批進(jìn)行作業(yè)不同型號(hào)的汽車保險(xiǎn)絲盒結(jié)構(gòu)存在差異，且所需擰緊螺母種類較多，目前汽車保險(xiǎn)絲盒的螺紋緊固件連接裝配仍采用工人手持電批的方式生產(chǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)效率低，并且無(wú)法評(píng)估擰緊扭矩，只能憑經(jīng)驗(yàn)。螺紋聯(lián)接在我們的生活工作中十分常見，我們平時(shí)所接觸到的汽車、電腦、等等都有它的存在，所以我們不能否認(rèn)：螺紋聯(lián)接與我們的生活息息相關(guān)[1]。螺紋緊固件生產(chǎn)方便、快速，本身沒(méi)有太大的價(jià)值，但是在其他重要設(shè)備和產(chǎn)品的生產(chǎn)中非常重要。當(dāng)螺紋聯(lián)接失效時(shí)，產(chǎn)品可能就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障。因此，對(duì)螺紋聯(lián)接進(jìn)行深度研究，并做出正確的設(shè)計(jì)，才能真正提高汽車（保險(xiǎn)絲盒）的裝配質(zhì)量[2]。螺紋擰緊技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，為各種自動(dòng)化擰緊裝備奠定了基礎(chǔ)，由此提高了產(chǎn)品的裝配效率和質(zhì)量[3]。螺紋自動(dòng)擰緊裝備是在螺紋擰緊控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。（1）半自動(dòng)化螺紋擰緊設(shè)備如圖1.2（a）、（b）為市場(chǎng)上常見的半自動(dòng)化擰緊設(shè)備，它們普遍具有輸出精度高、扭矩可調(diào)等特點(diǎn)，能夠提高螺紋裝配效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。這種設(shè)備能夠滿足生產(chǎn)中大部分的裝配要求，但對(duì)于裝配要求較高的螺紋擰緊，還需使用專用的擰緊設(shè)備。（a）電動(dòng)扳手（b）液壓扳手圖1.2半自動(dòng)化螺紋擰緊設(shè)備（2）全自動(dòng)化螺紋擰緊設(shè)備如圖1.3（a）、（b）為全自動(dòng)化螺紋擰緊設(shè)備，圖1.3（a）所示的全自動(dòng)化螺紋擰緊設(shè)備在當(dāng)前市場(chǎng)最為常見，主要用于絕大部分裝配工件的螺紋擰緊工作，可實(shí)現(xiàn)螺紋的高精度和全自動(dòng)擰緊。圖1.3（b）所示的設(shè)備為多軸式螺紋自動(dòng)擰緊裝備，用于特定的大型產(chǎn)品生產(chǎn)，應(yīng)用最多的就是汽車輪轂的螺紋聯(lián)接工作，運(yùn)行一次，就可以完成裝配產(chǎn)品上所有的螺紋聯(lián)接工作。全自動(dòng)化螺紋擰緊設(shè)備工作效率高，能進(jìn)一步降低工作強(qiáng)度。但是該類擰緊設(shè)備只能針對(duì)特定的螺紋聯(lián)接作業(yè)，不能通用在其他不同類裝配產(chǎn)品上，并且在市場(chǎng)上價(jià)格偏高。（a）小工件全自動(dòng)化擰緊設(shè)備（b）多軸式螺紋自動(dòng)擰緊設(shè)備

圖1.3全自動(dòng)化螺紋擰緊設(shè)備汽車行業(yè)的螺紋聯(lián)接正逐漸淘汰電動(dòng)和液壓工具，轉(zhuǎn)為各種自動(dòng)擰緊裝備。國(guó)內(nèi)先已有一些適用于不同場(chǎng)合的定扭矩?cái)Q緊裝備，但是這些裝備對(duì)待裝配工件的夾具精度等仍有一定程度的要求，對(duì)小型汽車配件生產(chǎn)商的適用性不高；另一方面則是在不使用國(guó)外關(guān)鍵零部件的情況下，國(guó)產(chǎn)裝備的裝配質(zhì)量和技術(shù)水平與國(guó)外還有一定差距。螺紋自動(dòng)擰緊裝備的控制系統(tǒng)核心部件為控制器，如今在自動(dòng)擰緊機(jī)中最常用的控制器有工控機(jī)（IPC）、可編程序控制器（PLC）、嵌入式控制器（或單片機(jī)）。三種控制器方案各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的工作場(chǎng)合[4]。目前也有新的自動(dòng)擰緊機(jī)控制方案在不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展。并且在未來(lái)的發(fā)展中，擰緊機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及信息存檔等上位機(jī)功能將會(huì)作為擰緊機(jī)主要的研究技術(shù)[5]?？偟膩?lái)看，以汽車保險(xiǎn)絲盒為例的汽車配件的生產(chǎn)中，螺紋緊固件連接裝配是比較繁瑣的工作，存在大量的重復(fù)性勞動(dòng)。汽車配件結(jié)構(gòu)存在差異，螺母種類繁多，依靠工人用多把電批進(jìn)行裝配，不僅效率低，而且無(wú)法控制旋入力矩的有效范圍。結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)設(shè)計(jì)一套能夠?qū)@類汽車配件的螺母鎖緊自定位、多種規(guī)格自適應(yīng)的全自動(dòng)螺母擰緊機(jī)，能夠有效地保證裝配質(zhì)量，提高裝配速度，有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1841年，螺紋擰緊技術(shù)開始在英國(guó)發(fā)展起來(lái)，惠氏螺紋標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)；1894年，米制螺紋標(biāo)準(zhǔn)在法國(guó)提出，而后被認(rèn)定為國(guó)際通用螺紋標(biāo)準(zhǔn)[6]。這些螺紋標(biāo)準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)著螺紋擰緊技術(shù)以及其相關(guān)擰緊設(shè)備的不斷發(fā)展。在諸如美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家中，無(wú)論是在螺紋擰緊技術(shù)上的發(fā)展，還是在擰緊設(shè)備上的應(yīng)用，都領(lǐng)先于世界其他國(guó)家[7-9]。20世紀(jì)50年代開始，美國(guó)一些學(xué)者對(duì)螺紋聯(lián)接過(guò)程中螺栓的伸長(zhǎng)量和預(yù)緊力的關(guān)系開始展開研究[10,11]，并在1960年根據(jù)研究成果制定了擰緊規(guī)范，之后把扭矩轉(zhuǎn)角法制定為主要的擰緊控制方法[12,13]。德國(guó)、日本等國(guó)的相關(guān)單位也相繼展開了對(duì)螺紋擰緊技術(shù)的研究，并相繼制定各自的規(guī)范。隨著各國(guó)對(duì)螺栓擰緊技術(shù)研究的不斷深入，擰緊方法以及相應(yīng)的擰緊設(shè)備得到了同步發(fā)展。Sayed[14]等人利用超聲波技術(shù)，開發(fā)了螺栓在應(yīng)力作用下伸長(zhǎng)量變化的波速算法，排除了常規(guī)檢測(cè)方法中，預(yù)緊力對(duì)摩擦系數(shù)非常敏感的問(wèn)題，能極大提高擰緊裝置螺栓擰緊的可靠性。Fukuoka[15]等人分析了螺栓預(yù)緊力和配合面摩擦系數(shù)分布，針對(duì)大型車輛的車輪螺栓擰緊設(shè)計(jì)了由多個(gè)氣動(dòng)扳手組成的多軸擰緊裝置。Deters[16]等人對(duì)螺栓擰緊過(guò)程進(jìn)行了力學(xué)分析，針對(duì)過(guò)程中擰緊力非線性的現(xiàn)象，將擰緊過(guò)程分為四個(gè)階段，針對(duì)每個(gè)階段，分別設(shè)計(jì)了具有對(duì)應(yīng)擰緊方案和錯(cuò)誤反饋功能的模糊邏輯控制器，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，能精確控制扭矩和角度大小，同時(shí)能實(shí)時(shí)反饋擰緊過(guò)程中的錯(cuò)誤。手動(dòng)擰緊、氣動(dòng)及電動(dòng)擰緊的設(shè)備雖然都能夠?yàn)槿藗儙?lái)極大的便利，但相繼被市場(chǎng)所淡視，逐漸消失人們的視線，即使沒(méi)有被淘汰，其使用率也大大降低。而基于對(duì)螺栓擰緊理論的深入研究，換來(lái)的則是低噪聲、低能耗的高性能自動(dòng)擰緊設(shè)備，該設(shè)備除了能夠完成之前擰緊設(shè)備的擰緊工作，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝配對(duì)象的扭矩監(jiān)控等工作，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度和產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。比較有代表性的設(shè)備制造商有：阿特拉斯、英格索蘭、庫(kù)柏、博世、愛(ài)斯迪克等。圖1.4至圖1.8為上述公司的螺紋自動(dòng)擰緊產(chǎn)品。圖1.4阿特拉斯擰緊機(jī)圖1.5英格索蘭擰緊機(jī)圖1.6庫(kù)柏?cái)Q緊機(jī)圖1.7博世擰緊機(jī)圖1.8愛(ài)斯迪克保護(hù)罩?jǐn)Q緊機(jī)與國(guó)外相比，我國(guó)的螺紋裝配技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展都較落后，其原因是我國(guó)的螺紋裝配制造工業(yè)開始晚，而且市場(chǎng)的應(yīng)用較差。但是，從二十一世紀(jì)初我國(guó)相關(guān)企業(yè)單位開始逐漸與國(guó)外先進(jìn)的裝配設(shè)備生產(chǎn)公司合作交流，引進(jìn)國(guó)外的螺紋聯(lián)接技術(shù)并消化吸收，由此我國(guó)在螺紋裝配技術(shù)和設(shè)備方面都有了一定程度的發(fā)展[17]。目前我國(guó)僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)扭矩的控制，以及在擰緊過(guò)程中對(duì)一些重要參數(shù)的監(jiān)控等比較基礎(chǔ)的應(yīng)用。因?yàn)榍c(diǎn)控制難度大，并且我國(guó)的螺紋緊固件的性能和材質(zhì)還需進(jìn)一步提高，所以屈服點(diǎn)控制的方法至今在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用并不廣泛[18]。近年來(lái)，我國(guó)各大高校對(duì)擰緊理論以及專用擰緊機(jī)也進(jìn)行了一系列研究。2007年，合肥工業(yè)大學(xué)的林巨廣教授等人[19]對(duì)設(shè)計(jì)了一種四軸自動(dòng)擰緊機(jī)，通過(guò)對(duì)基于IPC的四軸擰緊機(jī)的研究，實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)擰緊機(jī)能夠四軸自動(dòng)對(duì)孔、自動(dòng)換擋等功能，具有力封閉等特點(diǎn)。2012年，大連海事大學(xué)的范云生[20]研究了汽車柔性裝配系統(tǒng)，進(jìn)行了擰緊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并在擰緊過(guò)程中運(yùn)用了模糊控制算法，提高了整體的裝配精度。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)的魏企業(yè)[21]設(shè)計(jì)了一種螺栓裝配自動(dòng)擰緊機(jī)，其中主要為以Labview為核心，基于STM32微處理器的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。上海交通大學(xué)的黃健等人[22]分析了螺紋聯(lián)接擰緊理論，探討實(shí)際工程中扭矩法、扭矩控制-轉(zhuǎn)角監(jiān)控、轉(zhuǎn)角控制-扭矩監(jiān)控以及屈服點(diǎn)法在擰緊方面的應(yīng)用，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了單軸擰緊機(jī)，并在單軸擰緊機(jī)的基礎(chǔ)上介紹了多軸擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和工作方式。上海理工大學(xué)的何成等人[23]根對(duì)螺絲擰緊的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究，推導(dǎo)出了擰緊方程，對(duì)擰緊速度做出了優(yōu)化。隨著自動(dòng)控制和人工智能的發(fā)展，螺紋裝配技術(shù)和設(shè)備得以快速發(fā)展。但就當(dāng)下來(lái)說(shuō)，我國(guó)擰緊機(jī)大多還是以人工手持的方式進(jìn)行作業(yè)，在很多方面都還需進(jìn)一步創(chuàng)新改善。其次，在擰緊機(jī)工作時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)過(guò)扭矩、過(guò)流等超負(fù)載情況，這些情況會(huì)導(dǎo)致擰緊機(jī)收到損壞以至于停止工作，甚至?xí)C(jī)操作者的安全。因此，在擰緊機(jī)故障自動(dòng)監(jiān)控、檢測(cè)、報(bào)警、停機(jī)等方面的技術(shù)也還需要進(jìn)一步創(chuàng)新改善。總的來(lái)看，當(dāng)前螺紋自動(dòng)裝配設(shè)備相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在以下兩點(diǎn)：（1）高精度的擰緊力矩自動(dòng)控制在汽車部件的螺紋裝配中，目前我國(guó)更多還是使用手動(dòng)和半自動(dòng)擰緊設(shè)備，僅能實(shí)現(xiàn)螺紋的擰緊，但是擰緊力矩不能很好的控制。因此在開展螺紋裝配設(shè)備的全自動(dòng)化研究工作時(shí)，要高度重視擰緊力矩的高精度自動(dòng)控制，采用先進(jìn)的的現(xiàn)代控制技術(shù)，保證螺紋裝配質(zhì)量。（2）先進(jìn)控制和人工智能技術(shù)在螺紋自動(dòng)擰緊中的應(yīng)用針對(duì)螺紋擰緊過(guò)程中的擰緊速度控制，現(xiàn)代控制技術(shù)由傳統(tǒng)的PID控制逐漸轉(zhuǎn)向模糊控制、預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)的控制方法，并應(yīng)用于實(shí)際工程中。因此，為了滿足螺紋自動(dòng)擰緊過(guò)程中的更高控制要求，應(yīng)大力研究自動(dòng)擰緊控制策略[24]。1.3研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排本文主要的研究?jī)?nèi)容有以下四個(gè)部分：（1）螺母自動(dòng)擰緊的現(xiàn)狀分析通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)汽車配件裝配擰緊及擰緊設(shè)備的文獻(xiàn)資料，對(duì)比國(guó)內(nèi)外汽車配件擰緊設(shè)備在結(jié)構(gòu)、功能以及工作特點(diǎn)上的差異，分析當(dāng)前即將在世界范圍內(nèi)汽車配件擰緊工作的實(shí)際需求，確定本課題在汽車保險(xiǎn)絲盒擰緊設(shè)備功能上的關(guān)鍵點(diǎn)。（2）螺紋擰緊的控制方法分析通過(guò)查閱有關(guān)螺紋擰緊控制的文獻(xiàn)資料，分別比較不同的擰緊控制方法，并分析其特點(diǎn)及差異。綜合考慮擰緊精度和成本，選擇合適的方法作為本課題的擰緊方法。（3）螺母自動(dòng)擰緊機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于對(duì)螺母擰緊機(jī)的控制系統(tǒng)的分析，進(jìn)行控制系統(tǒng)硬件設(shè)備選型，設(shè)計(jì)各部分控制電路，并根據(jù)螺母擰緊機(jī)的控制流程：螺母上下料控制、擰緊執(zhí)行結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制、擰緊執(zhí)行結(jié)構(gòu)擰緊過(guò)程控制、旋入力矩實(shí)時(shí)檢測(cè)、擰緊過(guò)程中的防錯(cuò)控制以及與上位機(jī)進(jìn)行串口通訊等，建立經(jīng)濟(jì)可行的嵌入式控制系統(tǒng)。（4）PID控制算法的應(yīng)用分析PID控制算法在電機(jī)控制中能夠?qū)崿F(xiàn)的用途，選擇合適的PID控制參數(shù)，并在Simulink中進(jìn)行PID控制仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。本文的章節(jié)安排如下：第一章主要介紹了螺母自動(dòng)擰緊機(jī)設(shè)備和螺紋擰緊控制技術(shù)在近幾十年國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并根據(jù)目前存在的問(wèn)題對(duì)本文所設(shè)計(jì)的螺母自動(dòng)擰緊機(jī)做出了相應(yīng)設(shè)計(jì)方向。第二章首先分析了螺紋的聯(lián)接過(guò)程，接著對(duì)現(xiàn)有常用的四種螺紋擰緊控制技術(shù)進(jìn)行了研究對(duì)比，并選擇了扭矩法作為本設(shè)計(jì)的螺紋擰緊控制方法。第三章根據(jù)控制系統(tǒng)的功能需求設(shè)計(jì)了其總體架構(gòu)，并表述了控制系統(tǒng)的總體控制流程。第四章首先主要針對(duì)螺母自動(dòng)擰緊機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)進(jìn)行了控制系統(tǒng)硬件設(shè)備的選擇，確定了所要使用的擰緊系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置、扭矩傳感器，最后對(duì)控制系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，其中包括STM32F407IGT6微控制器電路、電源電路、串口通訊電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及編碼器及扭矩傳感器信號(hào)檢測(cè)電路。第五章分別介紹了PID控制的基本原理、相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)等，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了PID控制仿真實(shí)驗(yàn)，得到對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線圖。第六章對(duì)本文的研究和設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)后期的研究工作做出展望。1.4本章小結(jié)本章主要介紹了螺母自動(dòng)擰緊機(jī)設(shè)備和螺紋擰緊控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并根據(jù)目前存在的問(wèn)題對(duì)本文所設(shè)計(jì)的螺母自動(dòng)擰緊機(jī)做出了相應(yīng)設(shè)計(jì)方向。

第二章螺紋聯(lián)接過(guò)程及擰緊控制方法2.1螺紋聯(lián)接過(guò)程螺紋聯(lián)接是最常見的裝配，用螺紋緊固件將被聯(lián)接件聯(lián)接起來(lái)，被聯(lián)接件不發(fā)生滑移或者脫離，該聯(lián)接可拆。其中螺栓與螺母的聯(lián)接為螺紋聯(lián)接的重要典例。若在螺栓與螺母聯(lián)接過(guò)程中的擰緊不到位，則該聯(lián)接在工作過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，甚至松開，極容易發(fā)生事故；若擰得過(guò)緊，則有可能會(huì)使螺紋發(fā)生疲勞斷裂、螺栓被擰斷而無(wú)法實(shí)現(xiàn)聯(lián)接。因此，需要對(duì)整個(gè)螺紋聯(lián)接過(guò)程進(jìn)行分析，研究其機(jī)理，保證聯(lián)接質(zhì)量。本文研究的螺紋聯(lián)接為汽車保險(xiǎn)絲盒上螺栓與螺母之間的螺紋聯(lián)接，該螺紋聯(lián)接為螺栓聯(lián)接，下文中的螺紋聯(lián)接均指螺栓聯(lián)接。圖2.1為螺紋聯(lián)接過(guò)程中螺栓和被聯(lián)接件受力和變形示意圖。（a）（b）（c）圖2.1螺栓與被聯(lián)接件受力和變形示意圖圖2.1（a）為螺母剛與被聯(lián)接件貼合，還未產(chǎn)生預(yù)緊力時(shí)的狀態(tài)；圖2.1（b）為產(chǎn)生一定預(yù)緊力時(shí)的狀態(tài)。設(shè)和分別為螺栓和被聯(lián)接件的剛度，則螺栓伸長(zhǎng)量，被聯(lián)接件縮短量為。圖2.1（c）為螺栓受到工作載荷作用下的狀態(tài)。此時(shí)，總預(yù)緊力為，殘余預(yù)緊力為。根據(jù)螺栓的靜力平衡條件得(2-1)受到工作載荷的作用，螺栓變形增量為，被聯(lián)接件縮短減量為，由圖2.1（c）力與變形的關(guān)系，可得及。根據(jù)螺栓與被聯(lián)接件變形協(xié)調(diào)條件有，則可得(2-2)將式(2-2)帶入(2-1)，可得螺紋聯(lián)接過(guò)程中總預(yù)緊力的另一表達(dá)式為(2-3)螺紋聯(lián)接過(guò)程中螺栓受到的總預(yù)緊力與工作載荷、預(yù)緊力及螺栓和被聯(lián)接件的剛度有關(guān)。令為聯(lián)接系統(tǒng)的相對(duì)剛度系數(shù)，則相對(duì)剛度系數(shù)越大，螺栓承受的預(yù)緊力越大。2.2螺紋擰緊控制方法2.2.1扭矩法扭矩法，是通過(guò)控制輸出的最終擰緊力矩來(lái)獲得螺紋聯(lián)接所需要的軸向預(yù)緊力，是應(yīng)用最廣泛的一種擰緊控制方法。主要應(yīng)用于螺栓材料的彈性區(qū)域，當(dāng)擰緊力矩達(dá)到所設(shè)定值時(shí)，停止擰緊工具以結(jié)束擰緊。由關(guān)系式（式中為擰緊力矩，為擰緊系數(shù)，為預(yù)緊力，為螺紋公稱直徑），可得預(yù)緊力和擰緊力矩的關(guān)系圖，如圖2.2所示。因此，當(dāng)預(yù)緊力和擰緊系數(shù)確定，擰緊力矩也就由此確定。圖2.2預(yù)緊力和擰緊力矩的關(guān)系圖扭矩法的優(yōu)點(diǎn)是控制目標(biāo)直觀、測(cè)量容易、操作過(guò)程簡(jiǎn)便。其缺點(diǎn)是未能充分利用材料，受摩擦系數(shù)影響，擰緊力矩系數(shù)變化大，導(dǎo)致預(yù)緊力離散度大。扭矩法一般用于不太重要的螺紋聯(lián)接。2.2.2扭矩轉(zhuǎn)角法扭矩轉(zhuǎn)角法，或稱轉(zhuǎn)角法，先將螺栓擰緊到規(guī)定的扭矩后（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)為扭矩法最終擰緊力矩的25%），再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母達(dá)到規(guī)定角度。轉(zhuǎn)動(dòng)的角度事先通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)而獲得。目前常用的扭矩轉(zhuǎn)角法有兩種：一種是在彈性區(qū)的。彈性區(qū)域預(yù)緊力與轉(zhuǎn)角的關(guān)系是（式中，為預(yù)緊力，為螺紋聯(lián)接剛度系數(shù)，為螺紋螺距，為轉(zhuǎn)角），由此可得預(yù)緊力與轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖，如圖2.3所示。另一種將螺紋聯(lián)接件擰緊到屈服點(diǎn)，在塑性區(qū)發(fā)生永久變形，如圖2.4所示。圖2.3轉(zhuǎn)角與預(yù)緊力關(guān)系圖（彈性區(qū)域）圖2.4轉(zhuǎn)角與預(yù)緊力關(guān)系圖（塑性區(qū)域）因?yàn)槟Σ料禂?shù)的變化僅影響到轉(zhuǎn)角控制的起始點(diǎn)，故扭矩+轉(zhuǎn)角的控制精度比單純控制扭矩的方法大大提高。2.2.3屈服點(diǎn)法屈服點(diǎn)法，是一種通過(guò)計(jì)算擰緊力矩隨角度變化的增減量，將螺紋件擰緊至屈服點(diǎn)的方法。在整個(gè)擰緊過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷彈性區(qū)到塑性區(qū)的變化，而實(shí)際的扭矩會(huì)隨著角度變化而發(fā)生變化，它們之間的微分量也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)該量達(dá)到某一范圍，就認(rèn)為達(dá)到屈服點(diǎn)，如圖2.5所示。圖2.5屈服點(diǎn)法原理圖屈服點(diǎn)法不受摩擦系數(shù)的影響，因此其擰緊精度比以上三種方法都要高。并且屈服點(diǎn)法將螺栓擰至其屈服點(diǎn)，最大限度地發(fā)揮了螺栓強(qiáng)度的潛力。但是屈服點(diǎn)法對(duì)應(yīng)的擰緊設(shè)備價(jià)格普遍昂貴，而且該方法對(duì)螺栓的材料和熱處理等要求很高。2.2.4擰緊控制方法總結(jié)控制方法的選擇，一定要根據(jù)聯(lián)接件的實(shí)際情況而定，所以不能籠統(tǒng)地說(shuō)哪一種方法更好。在選擇控制方法之前，應(yīng)明確對(duì)聯(lián)接件的要求、預(yù)緊力的精度要求和控制方法的應(yīng)用場(chǎng)合，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)與分析找出最合理的控制方法。表2.1是四種常用擰緊控制方法的比較。表2.1四種常用擰緊控制方法的比較控制方法預(yù)緊力誤差設(shè)備復(fù)雜情況設(shè)備價(jià)格應(yīng)用場(chǎng)合要求扭矩法±40%簡(jiǎn)單便宜要求一般扭矩轉(zhuǎn)角法（彈性區(qū)域）±15%較復(fù)雜較貴要求較高扭矩轉(zhuǎn)角法（塑性區(qū)域）±15%較復(fù)雜較貴要求較高屈服點(diǎn)法±3.5%復(fù)雜很貴要求很高綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、預(yù)緊力精度、應(yīng)用場(chǎng)合要求等情況，采用扭矩法作為本文所設(shè)計(jì)螺紋自動(dòng)擰緊機(jī)的螺紋擰緊控制方法。2.3本章小結(jié)本章對(duì)螺紋聯(lián)接過(guò)程進(jìn)行了研究和分析，并詳細(xì)論述了四種常用螺紋擰緊控制方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，最后做出總結(jié)并選擇扭矩法作為本文的螺紋擰緊控制方法。第三章控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)功能需求分析對(duì)控制系統(tǒng)總體功能的需求分析是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開始，是一個(gè)及其重要的步驟。根據(jù)前文對(duì)自動(dòng)擰緊機(jī)和螺紋擰緊技術(shù)的研究與分析，將本文所設(shè)計(jì)的螺紋自動(dòng)擰緊機(jī)分為七個(gè)子系統(tǒng)：嵌入式控制系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)、螺母上下料系統(tǒng)、套筒更換系統(tǒng)及圖像識(shí)別系統(tǒng)。以嵌入式控制系統(tǒng)為核心，將其與子系統(tǒng)相互串連，通過(guò)指令傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的總體控制運(yùn)行，子系統(tǒng)控制圖如圖3.1所示。圖3.1子系統(tǒng)控制圖根據(jù)現(xiàn)有資料及前文研究成果進(jìn)一步分析在對(duì)每一個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)的功能：（1）制定相應(yīng)的串口通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)的通訊，進(jìn)一步控制擰緊機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；（2）選擇合適的電機(jī)、傳感器等硬件設(shè)備，利用嵌入式系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)的原理，設(shè)計(jì)相關(guān)硬件電路；（3）采用合適的電機(jī)控制方法，對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置的精確控制；（4）通過(guò)每個(gè)子系統(tǒng)傳遞到嵌入式控制系統(tǒng)的信號(hào)指令，完成子系統(tǒng)的相互配合控制。3.2控制系統(tǒng)總體架構(gòu)結(jié)合3.1小節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)功能需求的分析設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)，如圖3.2所示。圖3.2控制系統(tǒng)總體構(gòu)架圖嵌入式控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)總體構(gòu)架的核心，在系統(tǒng)中起著大腦的作用。嵌入式控制系統(tǒng)首先要與PC端（上位機(jī)系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)通訊，以能夠相互傳遞數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步指揮著各個(gè)子系統(tǒng)以及信號(hào)的傳遞，以此完成對(duì)自動(dòng)擰緊機(jī)整個(gè)工作流程的控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和擰緊系統(tǒng)是系統(tǒng)總體構(gòu)架的重要部分，其中選擇的電機(jī)影響著執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況。在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中使用多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)多方向的運(yùn)動(dòng)，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠達(dá)到在螺母上下料系統(tǒng)和套筒更換系統(tǒng)中所指定的位置，并通過(guò)編碼器反饋各個(gè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和位置，構(gòu)成對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)精準(zhǔn)控制；在擰緊系統(tǒng)中，將一個(gè)電機(jī)依次連接傳動(dòng)裝置、扭矩傳感器、扭力限制器、聯(lián)軸器、套筒等部件，組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電機(jī)由嵌入式控制系統(tǒng)通過(guò)輸出脈沖等參數(shù)進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)速和位置的控制，并由扭矩傳感器實(shí)時(shí)傳輸扭矩變化信息給嵌入式控制系統(tǒng)，通過(guò)判斷當(dāng)前扭矩是否達(dá)到扭矩設(shè)定值來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)與停止。若扭矩信息傳遞出錯(cuò)致使當(dāng)前扭矩超過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或部件所能承受扭矩的最大值，則扭力限制器動(dòng)作，嵌入式控制系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警并停止電機(jī)運(yùn)動(dòng)。圖像識(shí)別系統(tǒng)先通過(guò)相機(jī)對(duì)待裝配的汽車保險(xiǎn)絲盒進(jìn)行圖像識(shí)別并獲取圖像與待擰緊螺栓位置信息，在上傳至PC端，通過(guò)上位機(jī)可人工設(shè)定相應(yīng)的裝配參數(shù)（扭矩值、螺母規(guī)格等），進(jìn)而啟動(dòng)開始自動(dòng)化裝配。在擰緊機(jī)裝配過(guò)程中，PC端可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的信息（當(dāng)前扭矩值、當(dāng)前完成進(jìn)度等）。在裝配過(guò)程中，螺母上下料系統(tǒng)及套筒更換系統(tǒng)都通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)依據(jù)相應(yīng)指令進(jìn)行控制動(dòng)作，其中都需要使用相關(guān)傳感器來(lái)獲取相應(yīng)的信息（螺母上下料系統(tǒng)：判斷待夾取螺母是否被夾?。惶淄哺鼡Q系統(tǒng)：判斷當(dāng)前是否需要更換套筒）。3.3控制系統(tǒng)的總體控制流程依據(jù)前文的控制系統(tǒng)功能需求分析與總體構(gòu)架設(shè)計(jì)，進(jìn)而確定了控制系統(tǒng)的總體控制流程。控制系統(tǒng)總體控制流程如圖3.3所示。圖3.3控制系統(tǒng)總體控制流程控制系統(tǒng)的工作步驟如下：（1）控制系統(tǒng)上電初始化并設(shè)置串口號(hào)、波特率115200等相關(guān)參數(shù)。并在PC端設(shè)置相同的串口信息，等待裝配的保險(xiǎn)系盒安裝完畢后，通過(guò)相機(jī)獲取保險(xiǎn)絲盒的圖像和待擰緊螺栓的位置信息并上傳至PC端界面，通過(guò)對(duì)每個(gè)待擰緊螺栓的參數(shù)（扭矩值、螺母規(guī)格）設(shè)定之后，控制系統(tǒng)將這些信息按照一定順序排列，形成固定的夾取和擰緊順序。接著啟動(dòng)，開始螺紋自動(dòng)擰緊工作。（2）控制系統(tǒng)按照前面已經(jīng)制定的夾取順序控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到螺母上下料系統(tǒng)中的指定夾取位置進(jìn)行夾取，夾取前系統(tǒng)根據(jù)套筒處傳感器的信號(hào)判斷是否需要更換當(dāng)前套筒，進(jìn)而夾取。待夾取完指定螺母后，系統(tǒng)根據(jù)夾取裝置處傳感器的信號(hào)判斷是否需要提供下一個(gè)待夾取螺母，如需要，按照夾取順序供料。（3）夾取完畢后，控制系統(tǒng)按照前面已經(jīng)制定的擰緊順序控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到待擰緊螺栓位置處進(jìn)行擰緊。擰緊過(guò)程中，扭矩傳感器實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前扭矩信息給系統(tǒng)，通過(guò)在控制系統(tǒng)中與扭矩設(shè)定值比較來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。擰緊完畢后，重復(fù)相同的工作步驟進(jìn)行下一個(gè)螺栓的裝配，直到全部螺栓的裝配工作都完成后，該保險(xiǎn)絲盒的裝配工作結(jié)束。（4）在整個(gè)裝配過(guò)程中，控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)扭矩傳感器反饋過(guò)來(lái)的扭矩監(jiān)測(cè)值來(lái)判斷當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行是否出現(xiàn)非正常的情況，若出現(xiàn)扭矩監(jiān)測(cè)值過(guò)大或過(guò)小的非正常情況，控制系統(tǒng)發(fā)出相對(duì)應(yīng)的指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，避免設(shè)備損壞。3.4本章小結(jié)本章以控制系統(tǒng)的功能需求為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)，并詳細(xì)表述了控制系統(tǒng)的總體控制流程。

第四章自動(dòng)擰緊機(jī)的下位機(jī)設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)部分硬件的選擇根據(jù)前文第三章在對(duì)控制系統(tǒng)總體的功能需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)以及控制流程分析之后，需要對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)分析應(yīng)使用哪些硬件設(shè)備，并在滿足功能的前提下結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的要求進(jìn)而選擇合適的硬件設(shè)備。本節(jié)主要對(duì)所設(shè)計(jì)螺母自動(dòng)擰緊機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)進(jìn)行可能用到的硬件設(shè)備的分析和選擇。在整個(gè)螺母自動(dòng)擰緊機(jī)中最核心的部分就是執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)，它是完成夾取螺母、夾取套筒以及擰緊螺母等任務(wù)的執(zhí)行部分，因此對(duì)其控制系統(tǒng)相關(guān)硬件設(shè)備的選擇是最重要的。根據(jù)前文3.3節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)總體控制流程的分析，并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)做了進(jìn)一步研究與設(shè)計(jì)，得出對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖，如圖4.1所示。圖4.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖4.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置在執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)中，完成螺紋擰緊等相關(guān)工作得需要?jiǎng)恿υ打?qū)動(dòng)。當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)方式主要有氣動(dòng)、電動(dòng)兩種方式，從功能實(shí)現(xiàn)方面上來(lái)看，兩種方式都能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)、往復(fù)等多種工作方式，但是電動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)輕巧和便于控制與操作等優(yōu)點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，電動(dòng)工具比氣動(dòng)工具相對(duì)便宜很多，性價(jià)比高，因此在本設(shè)計(jì)中選擇電動(dòng)工具（電機(jī)）作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置。當(dāng)前電機(jī)多種多樣，并有多種不同種類。根據(jù)電機(jī)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，可以知道可用于提供旋轉(zhuǎn)等純驅(qū)動(dòng)性運(yùn)動(dòng)，另外還有對(duì)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)方式，因此可分為驅(qū)動(dòng)用和控制用電動(dòng)機(jī)。對(duì)于本設(shè)計(jì)不難看出應(yīng)選擇控制用電動(dòng)機(jī)，而控制用電動(dòng)機(jī)包括步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。因此需要對(duì)它們進(jìn)行在性能、經(jīng)濟(jì)、控制要求等多方面的比較，由此選擇合適的電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置。表4.1為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的性能、經(jīng)濟(jì)和控制要求比較。表4.1步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的性能、經(jīng)濟(jì)和控制要求比較性能經(jīng)濟(jì)控制要求控制精度低頻特性矩頻特性速度響應(yīng)步進(jìn)電機(jī)步距角一般為1.8°或0.9°等易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，很高時(shí)會(huì)急劇下降加速到最高轉(zhuǎn)速一般為30-400毫秒便宜符合伺服電機(jī)控制精度由編碼器保證，并通過(guò)倍頻技術(shù)可使脈沖當(dāng)量達(dá)0.036°共振抑制，運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)可恒力矩、恒轉(zhuǎn)速、恒功率運(yùn)行加速性能好很貴符合通過(guò)上表中的比較可以明顯地看出，就性能方面，伺服電機(jī)優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，但是隨著現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前可以通過(guò)多種輔助設(shè)備或者先進(jìn)的控制技術(shù)來(lái)提高步進(jìn)電機(jī)的性能。例如通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分，可使電機(jī)步距角減小，從而提高步進(jìn)電機(jī)的控制精度，并且運(yùn)行性能也提高，不易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的情況；再者現(xiàn)在市面上也生產(chǎn)了很多種軸后端帶有旋轉(zhuǎn)編碼器的步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)此編碼器再對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制可達(dá)到閉環(huán)的作用；另外由于現(xiàn)代控制技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了很多電機(jī)轉(zhuǎn)速控制算法，通過(guò)在軟件編程中運(yùn)用這些控制算法，也可提高步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能?？偟膩?lái)說(shuō)，現(xiàn)代步進(jìn)電機(jī)可通過(guò)輔助設(shè)備和控制技術(shù)對(duì)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)完全的替代。另外，從經(jīng)濟(jì)方面上看，步進(jìn)電機(jī)普遍比伺服電機(jī)便宜，并且在控制要求上兩種電機(jī)都符合要求。因此，綜合考慮選擇步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置。通過(guò)對(duì)本研究課題中所要裝配的汽車保險(xiǎn)絲盒進(jìn)行研究，考慮到螺紋聯(lián)接處裝夾著的保險(xiǎn)絲的材料性能，要保證完成螺紋裝配之后該保險(xiǎn)絲不發(fā)生形變且后續(xù)能夠正常工作，則需要對(duì)該保險(xiǎn)絲進(jìn)行裝配試驗(yàn)，試驗(yàn)表明對(duì)該保險(xiǎn)絲輸出10N·m的扭矩就能夠保證其正常工作。由此最終選擇雷賽公司生產(chǎn)的57CME系列的帶有編碼器的閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器則選擇雷賽公司生產(chǎn)的36V直流供電的CL57系列驅(qū)動(dòng)器。4.1.2扭矩傳感器對(duì)于現(xiàn)代的半自動(dòng)或者全自動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，其自動(dòng)控制系統(tǒng)是關(guān)鍵設(shè)計(jì)，針對(duì)4.1.1節(jié)中選擇的帶有編碼器的步進(jìn)電機(jī)，其實(shí)和嵌入式控制系統(tǒng)一起就已經(jīng)組成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，但是該閉環(huán)控制系統(tǒng)是針對(duì)無(wú)負(fù)載情況下步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制而言的，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制。但是在對(duì)汽車保險(xiǎn)絲盒的實(shí)際裝配工作中，有一定的負(fù)載反作用在套筒上，并通過(guò)一系列設(shè)備和傳動(dòng)裝置傳遞到步進(jìn)電機(jī)上，因此僅僅靠通過(guò)編碼器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，再根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性輸出目標(biāo)扭矩是不行的，對(duì)扭矩輸出控制來(lái)說(shuō)，實(shí)際上還是個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，還是無(wú)法精確輸出目標(biāo)扭矩。因此，需要增添一個(gè)扭矩傳感器和步進(jìn)電機(jī)以及嵌入式控制系統(tǒng)組成對(duì)目標(biāo)扭矩輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)。扭矩傳感器，根據(jù)檢測(cè)扭矩類別可分為靜態(tài)扭矩傳感器和動(dòng)態(tài)扭矩傳感器。由于本設(shè)計(jì)螺母自動(dòng)擰緊機(jī)是應(yīng)用在小批量生產(chǎn)的汽車保險(xiǎn)絲盒上，裝配工件會(huì)不斷更換，再者由于保險(xiǎn)絲盒的結(jié)構(gòu)限制，檢測(cè)螺紋聯(lián)接的靜態(tài)扭矩是不現(xiàn)實(shí)的。所以應(yīng)注重考慮將扭矩傳感器安裝在步進(jìn)電機(jī)和裝夾螺母的套筒之間，由此可知檢測(cè)的扭矩類型為動(dòng)態(tài)扭矩，進(jìn)而應(yīng)選擇動(dòng)態(tài)扭矩傳感器。而對(duì)于扭矩傳感器的工作原理的選擇原則應(yīng)為在保證扭矩檢測(cè)精度符合控制要求的前提下，成本越低越好。常見扭矩傳感器可輸出模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)有電壓和電流信號(hào)，數(shù)字信號(hào)為頻率信號(hào)。在對(duì)目標(biāo)扭矩輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，扭矩傳感器的輸出信號(hào)要反饋輸入到嵌入式控制系統(tǒng)中進(jìn)行處理。對(duì)于模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，由于嵌入式設(shè)備中的數(shù)據(jù)運(yùn)算都是對(duì)于數(shù)字信號(hào)而言的，因此模擬信號(hào)需要進(jìn)行與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換），在嵌入式控制系統(tǒng)中進(jìn)行處理之前需要；而對(duì)于數(shù)字信號(hào)即頻率信號(hào)來(lái)說(shuō)，可不需要相關(guān)轉(zhuǎn)換直接輸入至嵌入式控制系統(tǒng)中進(jìn)行處理，由此可見數(shù)字信號(hào)扭矩傳感器的優(yōu)越性。綜合考慮選擇成創(chuàng)天晟公司生產(chǎn)的CTS753通用型動(dòng)態(tài)扭矩傳感器，其部分性能參數(shù)和指標(biāo)如表4.2所示。表4.2CTS753通用型動(dòng)態(tài)扭矩傳感器部分性能參數(shù)和指標(biāo)扭矩規(guī)格N·m扭矩精度頻率響應(yīng)電源電壓信號(hào)輸出20＜±0.5%F·S100±24VDC5KHz—15KHz4.2控制系統(tǒng)硬件電路4.2.1STM32F407IGT6微控制器STM32F407IGT6微控制器常用的資源包括：192KBRAM、1024KBFLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、10個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器6個(gè)串口、2個(gè)USB、140個(gè)通用IO口等眾多功能。STM32F407IGT6微控制器的管腳分布以及該微控制器的外圍電路如圖4.2所示。圖4.2STM32F407IGT6微控制器管腳分布和外圍電路STM32F407IGT6有很多啟動(dòng)模式可以選擇。通俗來(lái)講，啟動(dòng)模式是微控制器從不同的地址開始讀取程序并開始工作任務(wù)，這些地址是由BOOT0和BOOT1引腳電平高低來(lái)決定的，具體可由表4.3表示。表4.3STM32F407IGT6啟動(dòng)模式選擇BOOT0BOOT1啟動(dòng)模式0任意從FLASH中啟動(dòng)10從系統(tǒng)代碼（ISP）啟動(dòng)11從RAM中啟動(dòng)一般程序是從FLASH地址開始讀取的，所以默認(rèn)從FLASH啟動(dòng)運(yùn)行，因此應(yīng)將BOOT0和BOOT1兩個(gè)管腳都拉低為低電平，如圖4.3所示。圖4.3STM32F407IGT6啟動(dòng)模式部分電路圖時(shí)鐘源可為微控制器提供時(shí)鐘基準(zhǔn)，不然就會(huì)導(dǎo)致時(shí)序錯(cuò)亂。因此使用8MHz的無(wú)源石英晶振，為STM32F407IGT6提供時(shí)鐘源。另外，使用32.768KHz的時(shí)鐘源來(lái)保證RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘、萬(wàn)年歷）的正常工作，如圖4.4所示。圖4.4STM32F407IGT6時(shí)鐘部分電路圖STM32F407IGT6的復(fù)位比較簡(jiǎn)單，一般都是低電平有效。在圖中即當(dāng)NRST為低電平時(shí)，微控制器進(jìn)行復(fù)位，所有地址歸零并且響應(yīng)程序和數(shù)據(jù)重新導(dǎo)入，復(fù)位部分電路圖如圖4.5所示。圖4.5STM32F407IGT6復(fù)位部分電路圖4.2.2電源電路STM32F407IGT6芯片上有很多電源引腳，每個(gè)電源管腳上都有個(gè)0.1μf的高頻濾波電容，保證管腳3.3V的正常穩(wěn)定輸出，如圖4.6所示。圖4.6電源電路圖4.2.3串口通信電路要實(shí)現(xiàn)與PC端上位機(jī)的通訊，需要用到串口通訊。本設(shè)計(jì)中選擇的串口通信為較為簡(jiǎn)單的串口轉(zhuǎn)USB與PC端上位機(jī)通訊，其中就需要用到CH340G芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)將USB信號(hào)轉(zhuǎn)為串口信號(hào)，相關(guān)電路圖如圖4.7所示。圖4.7串口通信電路圖4.2.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)中總共需要使用到4個(gè)步進(jìn)電機(jī)，因此步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)接口設(shè)置為4組。每個(gè)步進(jìn)電機(jī)都有三個(gè)控制端：PUL端（脈沖輸出控制端）、DIR端（方向控制端）和EN端（使能控制端）。PUL端輸出PUL信號(hào)，即脈沖信號(hào)，該信號(hào)頻率較高，因此在對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中使用特定的高速光耦進(jìn)行隔離，而對(duì)于EN端和DIR端就不需要高速光耦隔離，低速光耦隔離即可。這些光耦采用共陰接線法，因此將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口為共陽(yáng)模式，即PUL+、DIR+和EN+都是直接短接到正電平。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4.8所示。圖4.8步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖4.2.5編碼器及扭矩傳感器信號(hào)檢測(cè)電路在前文所選擇的步進(jìn)電機(jī)所帶的編碼器和扭矩傳感器輸出的信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)，即頻率信號(hào)，因此編碼器和扭矩傳感器可共用同一個(gè)信號(hào)檢測(cè)電路。其中通過(guò)用到STM32F407IGT6芯片上的定時(shí)器功能，可直接設(shè)置可輸入頻率信號(hào)的專用接口，如圖4.9所示。圖4.9編碼器及扭矩傳感器信號(hào)檢測(cè)電路圖4.3本章小結(jié)本章首先主要針對(duì)螺母自動(dòng)擰緊機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)進(jìn)行了控制系統(tǒng)硬件的選擇，確定了所要使用的步進(jìn)電機(jī)、扭矩傳感器。接著對(duì)控制系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

第五章基于Simulink的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制仿真前文中選擇步進(jìn)電機(jī)（增量式）作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和擰緊系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)部件，已知步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在理想情況下，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行是正常的，不會(huì)發(fā)生與控制程序不符的情況，但是步進(jìn)電機(jī)在工作狀態(tài)下，啟動(dòng)和停止都會(huì)有一定的延時(shí)，即使是在勻速運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)因?yàn)樨?fù)載的影響而導(dǎo)致丟步，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)際的位置和轉(zhuǎn)速和預(yù)先設(shè)定值有一定偏差，而且該偏差可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而增大，這嚴(yán)重影響著對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精準(zhǔn)控制，最終導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法正確運(yùn)動(dòng)到指定位置或無(wú)法輸出確定的扭矩值。由此需要進(jìn)一步研究電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，并利用合適的控制算法，構(gòu)成一個(gè)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，提高裝配效率和質(zhì)量。5.1PID控制算法基本原理PID控制在現(xiàn)代自動(dòng)控制方法中十分常見，它由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠以及調(diào)節(jié)方便得以廣泛應(yīng)用。那么到底什么是PID控制呢？其實(shí)PID控制存在于一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它使得被控制量快速并且準(zhǔn)確地?zé)o限向所設(shè)定的控制目標(biāo)靠近。PID控制用在不同的系統(tǒng)中時(shí)可分別被稱為模擬PID控制和數(shù)字PID控制。在模擬控制系統(tǒng)中，模擬PID控制是最常用的控制算法。該控制算法通過(guò)在被控對(duì)象前串連一個(gè)PID控制器，系統(tǒng)首先輸入一個(gè)理想控制量，而后傳遞到被控對(duì)象進(jìn)行控制動(dòng)作，在控制過(guò)程中將被控對(duì)象輸出的實(shí)際動(dòng)作量反饋至理想控制量進(jìn)行比較，計(jì)算出偏差，再傳遞至PID控制器中進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到實(shí)際動(dòng)作量與理想控制量相同時(shí)，控制結(jié)束，被控對(duì)象停止動(dòng)作。圖5.1模擬PID控制系統(tǒng)原理圖標(biāo)準(zhǔn)的PID控制系統(tǒng)原理圖如圖5.1所示。圖中，為理想控制量，為實(shí)際動(dòng)作量，為實(shí)際動(dòng)作量與理想控制量的偏差，為經(jīng)過(guò)PID控制后的控制量，即為PID控制器的輸出和被控對(duì)象的輸入。PID控制器的控制規(guī)律數(shù)學(xué)表達(dá)式為(5-1)其中：為PID控制器的比例系數(shù)；為PID控制器的積分系數(shù)（或積分時(shí)間）；為PID控制器的微分系數(shù)（或微分時(shí)間）。（1）比例環(huán)節(jié)在模擬PID控制中，比例環(huán)節(jié)起著對(duì)控制過(guò)程中產(chǎn)生的偏差進(jìn)行放大的反應(yīng)作用。一旦有偏差產(chǎn)生，比例環(huán)節(jié)就會(huì)進(jìn)行工作，使得實(shí)際控制量向著減小當(dāng)前偏差的方向變化，從而使控制過(guò)程減小偏差。但是，比例環(huán)節(jié)永遠(yuǎn)不能消除偏差，偏差總是會(huì)存在。比例環(huán)節(jié)中的主要參數(shù)是比例系數(shù)，越大，該環(huán)節(jié)對(duì)偏差的控制作用越強(qiáng)，偏差也就減小得越多。但是隨著的增大，總體控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也就越差，很容易產(chǎn)生振蕩。因此，需要對(duì)比例系數(shù)進(jìn)行合理的選擇并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行不斷修改，才能真正改善系統(tǒng)的性能。（2）積分環(huán)節(jié)積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用與偏差有關(guān)，偏差存在時(shí)，積分項(xiàng)不斷增加；只有當(dāng)總體偏差為零時(shí)，積分項(xiàng)才是一個(gè)常數(shù)。在該環(huán)節(jié)中，PID控制器的輸出與偏差的積分成正比，由此可知，積分環(huán)節(jié)是對(duì)偏差起著累積的作用，無(wú)論產(chǎn)生的偏差有多么小，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)也會(huì)因?yàn)槔鄯e偏差而逐漸增大，控制器再進(jìn)一步消除累積的總偏差，一直到總偏差消除為零，從而達(dá)到真正的消除偏差。積分環(huán)節(jié)中的主要參數(shù)是積分系數(shù)（或積分時(shí)間），越大，對(duì)偏差的累積作用越強(qiáng)，從而使系統(tǒng)超調(diào)量增加，系統(tǒng)可能會(huì)產(chǎn)生振蕩。但是越小，系統(tǒng)對(duì)偏差的累積作用越弱，消除偏差的時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，需要根據(jù)具體控制情況選擇恰當(dāng)?shù)姆e分系數(shù)值。（3）微分環(huán)節(jié)微分環(huán)節(jié)的作用是根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)，進(jìn)行控制而抑制偏差的變化。PID控制器的輸出與偏差的微分（偏差的變化率）成正比，因此，偏差的變化速度越快，微分環(huán)節(jié)的控制作用就越強(qiáng)，能夠趕在偏差持續(xù)增大之前進(jìn)行抑制，進(jìn)而由比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)進(jìn)行消除。微分環(huán)節(jié)能夠有效減小系統(tǒng)的超調(diào)量，避免系統(tǒng)發(fā)生振蕩，并且可系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度提高，從而使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能提高。微分系數(shù)（或微分時(shí)間）越大，系統(tǒng)抑制偏差變化的作用就越強(qiáng)；越小，系統(tǒng)抑制偏差變化的作用就越弱。因此，應(yīng)合理選擇微分系數(shù)，使得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有效提高。數(shù)字PID控制的基本原理大相徑庭，但是由于計(jì)算機(jī)中對(duì)數(shù)據(jù)的采集處理都是離散的，不能直接對(duì)模擬信號(hào)直接連續(xù)計(jì)算處理，因此，數(shù)字PID控制就能夠在計(jì)算機(jī)中廣泛應(yīng)用。數(shù)字PID控制可分為位置式PID控制和增量式PID控制。位置與增量的區(qū)別我們不難理解，在位置式PID控制中，控制過(guò)程有個(gè)絕對(duì)的控制位置，若偏離這個(gè)位置即代表產(chǎn)生偏差，那么進(jìn)一步需要PID控制來(lái)消除此偏差，最終目的是達(dá)到這個(gè)絕對(duì)位置；而對(duì)于增量式PID控制，控制過(guò)程沒(méi)有一個(gè)絕對(duì)的位置，而是在控制過(guò)程中，根據(jù)與初始位置的增量進(jìn)行控制，由此進(jìn)一步消除偏差。5.2PID控制算法參數(shù)設(shè)計(jì)PID控制器參數(shù)包括前5.1節(jié)中的比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)以及決定控制過(guò)程快慢的采樣周期，對(duì)這些參數(shù)的設(shè)計(jì)十分重要，直接決定著整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。就目前為止，對(duì)PID控制算法參數(shù)設(shè)計(jì)的方法有很多，總的來(lái)說(shuō)可以歸納為兩大類，即為理論計(jì)算法和工程試驗(yàn)法。理論計(jì)算法，需要提前知道系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通過(guò)一系列理論計(jì)算進(jìn)而設(shè)計(jì)控制參數(shù)。雖然這種方法經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撚?jì)算，但是理論都是在理想的情況下展開的，因此由理論計(jì)算法得出的參數(shù)不一定能夠直接使用在實(shí)際的控制之中。工程試驗(yàn)法與理論計(jì)算法不同，該方法不需提前計(jì)算系統(tǒng)的具體數(shù)學(xué)模型，依賴實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，直接應(yīng)用在系統(tǒng)控制中，進(jìn)行調(diào)節(jié)以至達(dá)到最佳狀態(tài)。工程試驗(yàn)法簡(jiǎn)單，易于操作，在實(shí)際工程中得以廣泛使用。PID控制算法參數(shù)的設(shè)計(jì)不僅僅包括比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，還有采樣周期。采樣周期的選擇，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度有一定的影響。具體情況下應(yīng)該以香農(nóng)采樣定律為主，結(jié)合實(shí)際情況選擇采樣周期。5.3PID控制仿真實(shí)驗(yàn)本章中的PID控制是用在對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制上的，因此需要需要計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)相關(guān)資料查閱可知為(5-2)其中：為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，為相電感，為相電流，為轉(zhuǎn)子慣量，為阻尼系數(shù)。將所選步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)帶入式（5-2），可以計(jì)算出該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)模型為(5-3)所選步進(jìn)電機(jī)的部分參數(shù)如表5.1所示。表5.1步進(jìn)電機(jī)的部分參數(shù)表參數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù)步距角相電感相電流轉(zhuǎn)子慣量阻尼系數(shù)靜力矩?cái)?shù)值501.81.7550.480.052.3由此可得對(duì)該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制階躍輸入響應(yīng)方框圖，如圖5.2所示。圖5.2PID控制階躍輸入響應(yīng)方框圖接著根據(jù)5.2節(jié)中對(duì)PID控制算法參數(shù)設(shè)計(jì)的研究，并通過(guò)不斷湊試修改，分別得到比例系數(shù)，積分系數(shù)，微分系數(shù)。由此確定在Simulink中的PID控制仿真系統(tǒng)圖，如圖5.3所示。仿真結(jié)果（階躍響應(yīng)曲線）如圖5.4所示。圖5.3PID控制仿真系統(tǒng)圖圖5.4階躍響應(yīng)曲線圖5.4本章小結(jié)本章依次介紹了PID控制算法的基本原理、相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)等，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了PID控制仿真實(shí)驗(yàn)，得到對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線圖。第六章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文通過(guò)對(duì)螺母自動(dòng)擰緊機(jī)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的研究，設(shè)計(jì)了該擰緊機(jī)的控制系統(tǒng)，由于時(shí)間和經(jīng)濟(jì)的限制以及本人能力的不足，未能在結(jié)題之前完成整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中主要完成的工作如下：（1）通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)汽車配件裝配擰緊及擰緊設(shè)備的文獻(xiàn)資料，對(duì)比國(guó)內(nèi)外汽車配件擰緊設(shè)備在結(jié)構(gòu)、功能以及工作特點(diǎn)上的差異，對(duì)汽車配件擰緊工作的實(shí)際需求分析，確定本課題在汽車保險(xiǎn)絲盒擰緊設(shè)備功能上的關(guān)鍵點(diǎn)。（2）通過(guò)查閱有關(guān)螺紋擰緊控制的文獻(xiàn)資料，分別比較不同的擰緊控制方法（扭矩法、扭矩轉(zhuǎn)角法和屈服極限法等），并分析其特點(diǎn)及差異。綜合考慮擰緊精度和成本，選擇合適的方法作為本課題的擰緊方法。（3）完成控制系統(tǒng)整個(gè)控制流程的分析和確立?；趯?duì)螺母擰緊機(jī)的控制系統(tǒng)的分析，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)備選型和控制電路設(shè)計(jì)。（4）分析PID控制算法在電機(jī)控制中能夠?qū)崿F(xiàn)的用途，選擇合適的PID控制參數(shù)，并在Simulink中進(jìn)行PID控制仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。6.2展望由于時(shí)間和經(jīng)濟(jì)的限制以及本人能力的不足，控制系統(tǒng)僅完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)擰緊系統(tǒng)部分，對(duì)于螺母自動(dòng)擰緊機(jī)的設(shè)計(jì)和研究還有一些需要深究的地方：（1）PID控制算法現(xiàn)已逐漸被其他先進(jìn)的控制算法所代替，例如模糊控制、專家控制等算法，在完成螺紋擰緊工作的前提下，應(yīng)選用更好控制算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，提高擰緊精度和裝配質(zhì)量。（2）在完成螺紋擰緊任務(wù)的同時(shí)，設(shè)備也應(yīng)該需要更多的人性化設(shè)計(jì)，使工人使用起來(lái)更加的便捷，具體可以表現(xiàn)為人機(jī)交互界面更加良好，操作流程更加簡(jiǎn)單，遇到突發(fā)情況時(shí)相應(yīng)的報(bào)警、停機(jī)等功能更加向人性化看齊。

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