新型纯电动小型清扫车的设计

发布时间：2017-09-01 05:35

  本文关键词：新型纯电动小型清扫车的设计

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【摘要】：在经济与科技迅速发展的当前社会,人们对生活环境越来越关注,因此广场、校园、小区等公共区域的环保任务也越来越重,然而对于此类公共区域的保洁工作还主要停留在以人力清扫为主的工作模式,比起国外一些发达国家的全面机械化的工作模式而言还是十分落后的。小型纯电动清扫车作为国际市场上一种主流的清扫设备,在中国市场上也有着良好的发展前景,然而我国小型清扫车在功能实现上、制造工艺及成本上都有着严重的不足,因此对国内清扫车的研究需要有新的突破。本文针对国内清扫车清扫方式传统化、清扫效率低的固有缺陷,对现有清扫车的清扫装置的结构进行了改进型设计。本文的研究对国内清扫车的发展具有重要的意义。具体的工作内容如下:首先,概述了国内清扫车的基本构成、工作原理以及分类状况,并且给出了清扫车的清扫能力与清扫效率理论公式,然后根据理论参数分析了清扫车的行驶速度,盘刷转速及倾斜角度,刷毛材质以及风机的风量对清扫车的清扫效率及清扫能力的影响。并最终得出提高国内清扫车的清扫性能的解决方法,为下文清扫车结构的改进型设计以及盘刷转速的控制,提供了理论基础。其次,为了提高原有清扫车的清扫性能,在现有清扫装置结构的基础上提出并设计了一种能够清扫路牙,公共长椅底部垃圾的第三扫刷结构,并根据扫刷的实际功能要求以及工业机器人的设计规则,设计了三种符合理论要求的扫刷结构。根据所选车型的具体参数及工作地点的具体状况,确定扫刷的各个杆长以及各个关节的转角范围,之后在Pro/E中建立扫刷与清扫车的三维模型,并且给出第三扫刷在不工作状态以及清扫路牙、长椅底部的时候所处的姿态。然后,对选定好的第三扫刷进行了运动学分析,并求解出了扫刷末端点的工作空间,最后求出了扫刷的雅克比矩阵。首先基于D-H矩阵建立了扫刷的运动学模型并进行了求解,通过MATLAB编程绘制了扫刷末端点的位移曲线,然后在ADAMS中以相同的运动规律绘制出扫刷的仿真运动曲线,对比两个曲线从而验证了理论分析的正确性。其次,采用蒙特卡洛原理求解出了扫刷末端参考点的工作空间,并在MATLAB中绘制出扫刷的运动空间散点图。再利用矢量叉积法求解出扫刷的雅克比矩阵,进一步分析了扫刷各个杆件之间的瞬时速度传递关系,最后再借助于ADAMS进行了仿真。接下来,对扫刷进行动力学分析,并求出各个关节的最大转矩,以此作为标准选取各个关节所需要的驱动电机以及减速器。首先,运用第二类拉格朗日方程求出扫刷的动力学方程,并在MATLAB求出扫刷各个关节在匀速状态下得出的力矩曲线,然后将Pro/E中建立的扫刷模型导入到ADAMS中进行扫刷的动力学方程,设定与MATLAB同样的运动参数绘制出扫刷各个关节的力矩曲线,对比两个曲线以此来验证理论分析的正确性。最后以扫刷各关节在最大加速度下匀加速运动进行仿真,得到各关节力矩的极值,并且选定相应的驱动电机以及减速器。最后,通过MATLAB的fuzzy模块建立清扫车的行驶速度与盘刷转速的模糊控制系统,对清扫车在不同行驶速度下的盘刷转速进行了模糊控制。首先,用模糊控制系统建立出理想盘刷转速的模糊控制器,并求出在不同行驶车速下的盘刷理想转速;最后根据实际转速与理想转速之间可能存在的偏差,再次使用模糊控制理论来调节盘刷的转速。
【关键词】：小型清扫车 扫刷 结构设计 模糊理论 仿真分析
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.691
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题的研究背景及意义11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 小型电动清扫车的国内外研究现状及发展13-18
• 1.2.1 国外小型电动清扫车的发展状况13-16
• 1.2.2 国内小型电动清扫车的发展状况16-17
• 1.2.3 小型纯电动清扫车现存问题及发展趋势17-18
• 1.3 本课题研究的主要内容18-20
• 第二章 清扫车的清扫性能分析20-29
• 2.1 小型清扫车的构成，工作原理和分类20-22
• 2.2 小型清扫车的清扫能力分析22
• 2.3 清扫车清扫效率分析22-28
• 2.3.1 清扫车行驶速度与盘刷转速的影响23-24
• 2.3.2 盘刷刷毛性质的影响24-26
• 2.3.3 盘刷倾斜角的影响26-27
• 2.3.4 清扫车风机风量的影响27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 扫刷的结构设计29-38
• 3.1 第三扫刷的结构选型29-32
• 3.2 第三扫刷的尺寸设计及转角范围的确定32-33
• 3.3 第三扫刷的结构设计33-36
• 3.3.1 主要零部件的结构设计33-35
• 3.3.2 扫刷三维模型的建立35-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 扫刷的运动学分析38-51
• 4.1 坐标变换理论基础38-39
• 4.2 第三扫刷的运动学分析39-42
• 4.2.1 第三扫刷的运动学正解40-41
• 4.2.2 扫刷运动学正解的验证41-42
• 4.3 扫刷的工作空间分析42-45
• 4.3.1 工作空间概述42
• 4.3.2 工作空间的解法42-43
• 4.3.3 扫刷的工作空间求解43-45
• 4.4 扫刷的速度分析45-48
• 4.4.1 雅克比矩阵的定义与求解45-46
• 4.4.2 扫刷的速度与加速度正解46-48
• 4.5 基于ADAMS的扫刷运动学仿真48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 扫刷的动力学分析51-61
• 5.1 扫刷动力学的建模分析51-55
• 5.1.1 动力学分析的常用方法51
• 5.1.2 基于拉格朗日法的第三扫刷的动力学建模51-53
• 5.1.3 扫刷的动力学模型建立53-55
• 5.2 扫刷动力学的仿真分析55-57
• 5.3 最大驱动力矩下的扫刷动力学仿真57-59
• 5.4 关节驱动电机及减速器选型59
• 5.5 本章小结59-61
• 第六章 盘刷转速的控制实验分析61-71
• 6.1 模糊控制实验的理论基础61-64
• 6.1.1 模糊控制器62-64
• 6.2 理想盘刷转速的模糊控制64-67
• 6.2.1 建立盘刷理想转速模糊控制器64-65
• 6.2.2 理想盘刷转速模糊控制表65-67
• 6.3 精确盘刷转速的模糊控制67-70
• 6.3.1 精确盘刷转速模糊控制器设计67-68
• 6.3.2 精确盘刷转速模糊控制器建立68-70
• 6.4 本章小结70-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士期间所取得的成果78-79
• 附录79-82

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本文编号：770278