ANSOFT汽车自动驾驶机器人直线执行器设计与仿真(2)

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3 直线步进电机各项主要参数的设计计算 12

3.1 相数的选择 12

3.2 电机输出的总力矩 14

3.3 负载静力矩和负载最大力矩 16

3.4 本章小结 17

4 驾驶机器人直线执行器电磁场有限元建模 18

4.1 Ansoft Maxwell 有限元分析软件简介 18

4.2 直线电机电磁场分析流程 18

4.3 直线步进电机的建模 18

4.4 仿真分析前处理 20

4.5 选档、挂档机械手驱动电机仿真结果分析 21

4.6 本章小结 21

5 三维实体建模与二维工程设计 21

5.1 总装配图 22

5.2 零件图 22

5.3 三维实体建模图 25

结论 26

致谢 27

参考文献 28

1 绪论

1.1 引言

近年来，随着汽车工业的不断发展,人们对车辆的“特性”(例如行驶的稳定性、操作的简易可靠性、乘坐的舒适性等)不断地提出更高的要求。为此,就得投入大量的人力和物力来改进设计，低能耗和有效地控制排放已成为汽车工业进一步发展的目标[1]。试验过程中驾驶员驾驶行为的变化，往往导致试验结果不一致，从而降低了汽车试验数据的有效性，因此更适合由机器人来代替试验人员[2]。汽车试验用机器人代替人进行汽车排放耐久性试验时的多工况驾驶，能够减轻人工劳动；而且重复性好，得到了很好应用[3]。

1.2 课题背景及研究的目的意义

目前，我们国家的汽车产量位于世界前茅，但我国汽车研究开发及设计水平却落后于世界上其他先进国家。为了加强中国汽车在世界上的竞争能力，就必须在自主研发设计方面有所提高。所以目前，我国很多汽车研究机构和汽车场商都投入大量资金对汽车进行自主研发，希望在不就得将来中国汽车能享誉全球。

在进行的汽车驾驶操作、动力性、汽车经济性、耐久性以及排放性能试验中都需要高重复性和长时间的汽车驾驶操作。如果这部分工作靠人工完成的话，首先，恶劣的环境和长时间的重复操作使得人类驾驶员难以忍受，其次人工操作容易出现错误，使得实验数据失真，难以保证试验结果的可信度。因此汽车自动驾驶机器人替代人类驾驶员完成汽车驾驶的操作就成为汽车测试行业发展的趋势。

现在国外的汽车驾驶机器人技术相对我国比较成熟，而国内相关的研究还是比较少,因此研究通用性强、高性能的驾驶机器人不仅具有学术意义而且有很大的经济意义。如本项目研发成功，不仅可提高我国汽车研发及检测过程中的试验能力，提升我国汽车行业自主研发水平，同时也提升我国汽车行业在国际上的地位。

1.3 国内外驾驶机器人的发展情况

1.4 驾驶机器人驱动方式的国内外发展现状

1.5 本文主要研究内容

通过自我学习及资料查阅，了解驾驶机器人的各项技术指标，并且对驾驶机器人直线执行器进行原理认知。通过对直线步进电机各项主要参数的计算设计直线步进电机的结构，绘制二维及三维工程图。用有限元分析软件ANSOFT建立汽车自动驾驶机器人直线执行器的模型，建立结构位移场与电磁场的场耦合理论模型，虚拟实现机器人直线执行器的仿真分析，验证结构设计并掌握其运动特性，对直线执行器模型进行优化。