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电动汽车换电机器人结构设计与分析

作　者: 王少兴
导　师: 王昕
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 换电设备并联机器人耦合运动运动学反解牛顿欧拉动力学
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 21次
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内容摘要

目前，随着汽车工业发展的日益成熟，以及世界各国节能环保意识的增强，很多汽车厂商纷纷将目光转向新能源汽车领域。其中，电动汽车因具有对环境污染小，能源可再生等优点而受到汽车厂商的重视，并逐渐成为汽车工业的一个重要发展领域。随着新能源汽车的发展，多种纯电动汽车以及汽车充电、换电设备开始在我国一些大中城市投入使用。然而无论是充电模式还是换电模式都存在着一定的技术瓶颈，这些技术问题阻碍着新能源汽车发展的速度和普及程度。本文就是针对电动汽车换电时存在的一个技术瓶颈—换电效率低下，而设计出一套相对较为完善的换电机器人。本课题将并联机构引入到电动汽车换电领域，即基于并联机构设计开发换电设备，替代传统的剪叉升降式换电设备。究其原因，主要是因为一般其他机构难以在保证高精度运行的条件下承受车载电池如此大的重量。而并联机构本身具有精度高，承载能力强等优点，这些优点使其很好地适用于这种场合，并且具有鲜明的创新性。本文根据实际应用背景，选择具有三个自由度的并联机构中应用相对较为成熟的3-PRS机构，这种机构具有绕水平两个坐标轴的转动以及沿竖直方向平动这三个自由度，而且在平动方向上有较大行程，这样的运动特点满足换电过程的需要。然而这种机构存在着自身的弊端——耦合运动。这种附加的运动虽然很小，但在精度要求较高的环境下应该设法减小或者避免。作者针对这一特点进行深入的研究，将耦合运动优化到最小，并结合补偿措施，消除其带来的负面影响。另外，本文建立起机构的三维几何模型，建立机构的运动学反解模型和牛顿-欧拉动力学模型，并通过软件仿真验证上述模型的正确性。最后加工出试验样机，并完成定位精度分析实验。论文所研究的这些内容为后期机构的控制和完善设计工作奠定了理论基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 研究背景  8
  1.2 研究目的  8-9
  1.3 国内外的研究现状  9-13
    1.3.1 换电领域的发展状况  9-12
    1.3.2 并联机构的发展状况  12-13
  1.4 本文主要研究内容  13-15
第2章机构构型设计与优化  15-31
  2.1 引言  15-16
  2.2 并联机构构型的确定  16-18
    2.2.1 3-RRS 并联机构性能分析  16
    2.2.2 3-PRS 并联机构性能分析  16-18
  2.3 并联机构自由度分析  18-20
    2.3.1 自由度计算  18
    2.3.2 螺旋理论分析自由度  18-20
  2.4 耦合运动分析与优化  20-30
    2.4.1 耦合运动分析  21-23
    2.4.2 耦合运动的优化  23-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章机构运动学分析与仿真  31-39
  3.1 引言  31
  3.2 位置反解建模与仿真  31-33
    3.2.1 位置反解的建立  31-33
    3.2.2 位置反解仿真分析  33
  3.3 速度映射建模与仿真  33-36
    3.3.1 速度映射模型建立  33-35
    3.3.2 速度仿真分析  35-36
  3.4 加速度映射建模与仿真  36-38
    3.4.1 加速度映射模型建立  36-37
    3.4.2 加速度映射模型仿真  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章机构逆动力学分析与仿真  39-48
  4.1 引言  39
  4.2 逆动力学模型建立  39-47
    4.2.1 Newton-Euler 方程  39-40
    4.2.2 开式动力学方程  40-43
    4.2.3 闭式动力学方程  43-46
    4.2.4 逆动力学仿真  46-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章样机研制与实验  48-55
  5.1 引言  48
  5.2 驱动机构的改进  48-49
  5.3 控制系统的建立  49-54
    5.3.1 并联换电机器人控制系统总体结构  49-51
    5.3.2 并联换电机器人控制程序开发  51-52
    5.3.3 定位精度实验  52-54
  5.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61

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