近年来,随着人类对工业自动化需求的增加,“机器换人”已成为趋势,使得工业机器人研究受到了空前的关注。鉴于螺栓装配与拆卸作业是制造业中重复性高、劳动强度大的一项工作,因此有必要设计实现螺栓自动装配的工业机器人。针对这一问题,本文设计了一种螺栓装配机械手并给出了其实现螺栓自动拆装的自抗扰控制器,论文主要内容如下:1.针对自抗扰控制器诸多参数的整定问题,提出了一种基于调节时间和观测时间的参数整定新方法。一方面,通过建立调节时间与控制器带宽之间的关系,给出了基于调节时间整定非线性控制器参数pk和dk的方法;另一方面,利用所定义的观测时间的概念,提出了一种新的扩张状态观测器(ESO)参数整定策略,优化了现有基于观测器带宽的整定方法,实现了自抗扰控制器中诸多参数的快速整定。2.针对螺栓的自动化装配问题,设计了一种实现螺栓自动装配功能的机械手。该机械手具有8个自由度,其中主体结构由位置调整和姿态调整两大部分共5个自由度组成,前3个关节自由度负责末端执行器的位置调整,后2个关节自由度负责末端执行器的姿态调整;螺栓装配手部由手部支架、上手爪套管扳手以及下手爪活口扳手共3个自由度组成,通过上手爪套管扳手实现螺栓的装配,利用下手爪活口扳手实现螺母的夹紧和装配,所有部件均通过电磁铁的通断电实现抓取和更换。所提手部设计方法解决了螺栓中螺柱、螺母以及垫片的自动抓取和装配问题。3.完成了所设计机械手的运动学与动力学建模。在机械手D-H连杆坐标系中,首先,根据所设计的连杆参数,建立了运动学模型,并利用逆运动学解出了各关节角度;其次,基于Lagrange方程,建立了机械手的动力学模型;最后,利用高阶多项式轨迹规划方法和圆弧轨迹规划方法,规划了机械手的运动轨迹,并分别进行了仿真分析。4.利用自抗扰控制技术,完成了螺栓装配机械手的控制器设计。基于机械手的动力学模型,设计了一种自抗扰控制器,对螺栓装配机械手建模不确定性以及外部未知扰动进行估计,实现了轨迹精确跟踪和螺栓自动装配。