磁耦合谐振式无线供电机械手臂的设计与实现

发布时间：2020-06-30 21:21

【摘要】：无线电能传输(wireless power transfer,简称WPT)技术自提出以来,一直受到广大科研者的关注,相比传统的线路输电方式,WPT技术具有更安全、更可靠、更加灵活便捷等优点。其中,磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)技术相比电磁感应耦合式WPT和微波辐射式WPT,具有效率高,电磁辐射低及中远传输距离等优点,更适合人们的日常生活应用,因此MCR-WPT技术成为目前的研究热点。另一方面,在科技发展迅猛的当今社会,人工智能的兴起和应用改变了我们的生活,给我们带来了许多便利,机械手臂的运用在现代社会越来越常见。本文基于MCR-WPT技术,针对传统机械手臂有线供电存在的一些不足之处,研发了一款各关节处无线供电的多关节型机械手臂,主要的研究内容如下:(1)介绍了MCR-WPT系统中线圈的参数、线圈之间的耦合系数及线圈的品质因数等主要参数;从耦合模理论、电路理论两个方面分析了MCR-WPT系统;分析比较了MCR-WPT系统的四种基本拓扑结构。(2)介绍了现有机械手臂的类型;针对运用广泛动作灵活的多关节型机械手臂设计了一个多谐振器WPT系统,并提出了一种新型组合线圈结构,该组合线圈结构能够使得谐振线圈随机械手臂关节转动过程中互感保持在很小的范围内变化,然后通过电路理论详细分析了负载端插入K变换器实现各负载电压无关特性的原理,组合线圈结构及K变换器的插入实现了机械手臂各个关节处电能的稳定传输;进一步分析了该系统的可扩展特性。(3)利用软件仿真及实验验证的方法,对本文提出MCR-WPT系统进行了分析验证,结果显示机械手臂各关节处的负载电压与负载变化无关,仅与各关节处的互感及电路参数有关,组合型线圈结构使得各关节处互感变化在很小的范围内,因此各负载的电压在较小的范围内变化。(4)对各谐振器输出电压经整流滤波稳压后,接入关节处的舵机及舵机控制器,使其正常工作,然后调试各关节舵机控制器,使其能被遥控器或手机控制。经测试,磁耦合谐振式无线供电机械手臂达到预期目标。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP241;TM724
【图文】：

（a）系统结构 （b）实物图图 1.1 无线电能传输机械手臂年来由于新能源汽车的飞速发展及大量普及，关于无线电能传输究也是如火如荼，电动汽车领域中该技术的主要挑战是充电时间，当发射线圈和接收线圈正对并且距离足够近时，无线电能传输。2017 年美国德克萨斯州博蒙特拉马尔大学电气工程系的aran 等人设计了一款安装在电动汽车底盘的自适应机械臂[23]。该机线电能传输接收线圈，当电动汽车停放在配备无线电能传输系统时，驾驶员并不能确保停放的位置刚好能使得汽车的接收线圈和圈的位置正对着，此时，汽车底盘下的自适应机械臂采用高级数，将接收线圈定位在发射线圈的正上方，且在竖直方向足够地靠线圈，该装置使得无线电能传输效率进一步提高，电动汽车充电。

（a）系统结构 （b）实物图图 1.1 无线电能传输机械手臂近年来由于新能源汽车的飞速发展及大量普及，关于无线电能传输电动的研究也是如火如荼，电动汽车领域中该技术的主要挑战是充电时间和传效率，当发射线圈和接收线圈正对并且距离足够近时，无线电能传输效率更高。2017 年美国德克萨斯州博蒙特拉马尔大学电气工程系的 M. arzegaran 等人设计了一款安装在电动汽车底盘的自适应机械臂[23]。该机械手载无线电能传输接收线圈，当电动汽车停放在配备无线电能传输系统的智车位时，驾驶员并不能确保停放的位置刚好能使得汽车的接收线圈和地面射线圈的位置正对着，此时，汽车底盘下的自适应机械臂采用高级数学自算法，将接收线圈定位在发射线圈的正上方，且在竖直方向足够地靠近地发射线圈，该装置使得无线电能传输效率进一步提高，电动汽车充电时间减少。

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本文编号：2735833