本文關(guān)鍵詞：礦用蓄電池電機(jī)車無線充電系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 礦用蓄電池電機(jī)車 無線充電 EI型松耦合變壓器 機(jī)械臂 精確定位

【摘要】：礦用電機(jī)車主要應(yīng)用于煤礦井下運(yùn)輸大巷和地面長(zhǎng)距離運(yùn)輸,是煤礦運(yùn)輸領(lǐng)域的重要設(shè)備。大多數(shù)礦用電機(jī)車采用蓄電池作為動(dòng)力來源。目前,傳統(tǒng)的礦用蓄電池電機(jī)車的充電方法是將電池組拆卸,放入充電硐室,使用有線充電機(jī)進(jìn)行充電。這種充電方式自投入使用以來,存在諸多問題,如接觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電火花、導(dǎo)線暴露、對(duì)接觸元器件損耗較大等,同時(shí),這種直接接觸的充電方式很容易受到外界的粉塵、水、污染物等物質(zhì)的影響,具有一定的局限性。另外,由于該充電方式只能在固定的場(chǎng)所進(jìn)行,為生產(chǎn)帶來了諸多不便。因此,本文設(shè)計(jì)了一套新型的基于感應(yīng)耦合電能傳輸原理的蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電能的無線傳輸,利用電磁感應(yīng)耦合原理,將能量通過電磁場(chǎng)從初級(jí)端傳遞到次級(jí)端,彌補(bǔ)傳統(tǒng)有線電能傳輸方式的不足。本文利用基于松耦合變壓器的感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì),對(duì)傳統(tǒng)的礦用蓄電池電機(jī)車充電系統(tǒng)進(jìn)行了改造,將充電機(jī)的核心部件,即緊密耦合的變壓器用松耦合變壓器進(jìn)行替代,將松耦合變壓器的初、次級(jí)端磁芯分離,并通過機(jī)械臂來驅(qū)動(dòng)初級(jí)端使其與次級(jí)端進(jìn)行空間對(duì)接,使松耦合變壓器兩邊具有理想的相對(duì)位置,實(shí)現(xiàn)電機(jī)車的無線充電。論文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾點(diǎn):1.對(duì)松耦合變壓器進(jìn)行計(jì)算和仿真研究松耦合變壓器是無線充電系統(tǒng)的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)非接觸式電能傳輸?shù)年P(guān)鍵部件,在初級(jí)端磁芯以及次級(jí)端磁芯之間存在著一定的空隙。較大漏感的空隙直接降低了松耦合變壓器的耦合系數(shù),減小了能量的傳遞效率。本論文以原蓄電池充電機(jī)柜內(nèi)的傳統(tǒng)緊密耦合的變壓器為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一套雙邊分離的EI型松耦合變壓器,并針對(duì)實(shí)際工作中該變壓器容易產(chǎn)生的氣隙、橫向縱向位移偏差等因素對(duì)其耦合性能的影響進(jìn)行了計(jì)算和仿真,得出量化的精確對(duì)中性接觸指標(biāo)。2.驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析由于礦用蓄電池電機(jī)車功率大,初次級(jí)線圈質(zhì)量大,實(shí)現(xiàn)對(duì)中困難,故采用一套具有六自由度的機(jī)械臂來實(shí)現(xiàn)對(duì)中。在機(jī)械臂本身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上,本文通過利用D-H空間建模方法,從運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題和運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題兩個(gè)方面來研究其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。在運(yùn)動(dòng)學(xué)正問題上,通過研究?jī)蓚�(gè)相鄰關(guān)節(jié)的空間坐標(biāo)變換方法,得出了由機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的空間角度得出末端執(zhí)行單元空間位姿的方法;從運(yùn)動(dòng)學(xué)逆問題的角度上來看可以參考機(jī)械臂末端執(zhí)行器所具有的空間位姿,結(jié)合機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)空間的限制條件來計(jì)算各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度。最后,利用MATLAB對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行仿真研究。3.驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂軌跡規(guī)劃技術(shù)的研究為了提高機(jī)械臂在驅(qū)動(dòng)初級(jí)端磁芯時(shí)的運(yùn)動(dòng)精度,需要對(duì)路徑規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行研究,本文從笛卡爾空間坐標(biāo)和機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)來分別進(jìn)行研究。首先,針對(duì)笛卡爾空間中的直線運(yùn)動(dòng)軌跡和圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡,研究了直線插補(bǔ)方法和圓弧插補(bǔ)方法。接著,在關(guān)節(jié)空間中,利用五次多項(xiàng)式插值法,研究了單個(gè)關(guān)節(jié)的軌跡規(guī)劃方法及其優(yōu)化策略。最后,針對(duì)六自由度機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)同時(shí)性和協(xié)調(diào)性的要求,研究了六自由度機(jī)械臂同時(shí)進(jìn)行路徑軌跡規(guī)劃的方法。4.EI型松耦合變壓器能量傳輸性能及機(jī)械臂精確定位技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究研制EI型松耦合變壓器樣機(jī),研究了氣隙、橫向位移偏差等參數(shù)對(duì)能量傳輸效率的實(shí)際影響,證明了仿真結(jié)果,提出了無線充電系統(tǒng)的定位精度要求。根據(jù)研究得到的軌跡規(guī)劃方法,制定了詳細(xì)的路徑,實(shí)現(xiàn)了利用機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)變壓器初級(jí)端磁芯并與次級(jí)端磁芯精確對(duì)接,定位精度精度達(dá)0.5mm,滿足了礦用蓄電池電機(jī)車無線充電系統(tǒng)的要求。
【關(guān)鍵詞】：礦用蓄電池電機(jī)車 無線充電 EI型松耦合變壓器 機(jī)械臂 精確定位
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD642
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 課題背景12-14
• 1.3 礦用蓄電池電機(jī)車無線充電系統(tǒng)構(gòu)想14-17
• 1.3.1 松耦合變壓器15-16
• 1.3.2 鉛酸蓄電池組16-17
• 1.3.3 多自由度機(jī)械臂17
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-27
• 1.4.1 非接觸式電能傳輸技術(shù)的研究17-23
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)定位技術(shù)的研究現(xiàn)狀23-27
• 1.5 研究目標(biāo)及內(nèi)容27-28
• 1.6 研究意義及應(yīng)用前景28-30
• 1.6.1 研究意義28-29
• 1.6.2 應(yīng)用前景29-30
• 2 無線充電系統(tǒng)松耦合變壓器性能研究30-48
• 2.1 引言30
• 2.2 理想變壓器的電磁傳輸性能30-32
• 2.3 松耦合變壓器的電磁傳輸性能32-35
• 2.4 松耦合變壓器設(shè)計(jì)和電磁耦合仿真研究35-45
• 2.4.1 松耦合變壓器的設(shè)計(jì)35-36
• 2.4.2 松耦合變壓器的電磁耦合仿真研究36-45
• 2.5 本章小結(jié)45-48
• 3 無線充電系統(tǒng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)研究48-64
• 3.1 引言48
• 3.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)及參數(shù)48-51
• 3.2.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)48-50
• 3.2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的參數(shù)50-51
• 3.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析51-58
• 3.3.1 機(jī)械臂的位姿描述51
• 3.3.2 機(jī)械臂的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)51-55
• 3.3.3 機(jī)械臂的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)55-58
• 3.4 MATLAB運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真58-63
• 3.5 本章小結(jié)63-64
• 4 無線充電系統(tǒng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃技術(shù)研究64-84
• 4.1 引言64
• 4.2 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃技術(shù)64-70
• 4.2.1 空間直線軌跡規(guī)劃65-66
• 4.2.2 空間圓弧軌跡規(guī)劃66-69
• 4.2.3 笛卡爾軌跡規(guī)劃方法的仿真69-70
• 4.3 基于關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃70-77
• 4.3.1 五次多項(xiàng)式插值算法70-74
• 4.3.2 五次多項(xiàng)式插值仿真74-77
• 4.4 關(guān)節(jié)空間的軌跡優(yōu)化方法77-83
• 4.4.1 基于時(shí)間最優(yōu)的軌跡規(guī)劃77-78
• 4.4.2 軌跡執(zhí)行時(shí)間的優(yōu)化仿真78-80
• 4.4.3 機(jī)械臂多關(guān)節(jié)的軌跡規(guī)劃方法80-83
• 4.5 本章小結(jié)83-84
• 5 無線充電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究84-110
• 5.1 引言84
• 5.2 松耦合變壓器性能實(shí)驗(yàn)84-92
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置84-85
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)布置85-86
• 5.2.3 實(shí)驗(yàn)過程86-87
• 5.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析87-92
• 5.3 機(jī)械臂軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)92-105
• 5.3.1 控制器模式93
• 5.3.2 機(jī)器人速度和位置設(shè)置93-94
• 5.3.3 機(jī)械臂軌跡規(guī)劃和編程控制過程94-105
• 5.4 機(jī)械臂定位精度的誤差分析與措施105-108
• 5.4.1 機(jī)械臂定位精度的誤差105-106
• 5.4.2 提高機(jī)械臂定位精度的措施106-108
• 5.5 本章小結(jié)108-110
• 6 結(jié)論與展望110-112
• 6.1 總結(jié)110
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)110-111
• 6.3 展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-124
• 致謝124-126
• 作者簡(jiǎn)介126
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文126
• 在學(xué)期間參加科研項(xiàng)目126

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：935316