随着我国能源结构和环境问题的日益突出,以及电动汽车的推广和普及,电动汽车充电服务及配套设施逐渐成为研究热点。目前电动汽车充电主要依赖于人工服务,不能充分发挥电动汽车分时租赁服务便捷高效的特点。本文将机器人技术运用到电动汽车充电服务当中,针对小型停车场、公路两侧等停车空间有限、适合离散充电桩布置的场所采用自动充电实现电动汽车分时租赁充电服务,为充电系统智能化、无人化服务奠定基础。基于电动汽车自动充电系统对机械臂的需求分析,建立了由5个转动关节和1个直线移动关节串联构成的偏置型自动充电机械臂,该自动充电机械臂具有结构轻、工作空间大、运动灵活、经济适用的特点,使得机械臂能够在无人值守的停车区域对不同类型电动汽车完成自动充电服务,从而降低基础充电设施的运行成本。本文在确定自动充电机械臂的设计指标基础上,完成了关节结构和柔顺插头的设计,避免了插拔过程中出现的刚性碰撞,并且提高了自动充电机械臂的插接精度。利用工程仿真软件Workbench建立了有限元分析模型,并进行了机械臂模态分析。基于D-H坐标变换法,对自动充电机械臂进行了运动学分析。利用ADAMS仿真工具建立了运动学分析模型,验证了逆运动学算法,并通过对自动充电机械臂插接运动空间的求解进行了可用工作范围分析。研究了机械臂完成自动充电任务的轨迹规划算法,结合偏置型自动充电机械臂运动学逆解算法、PID插接头末端位置控制算法并利用MATLAB/Simulink和ADAMS/Control仿真工具搭建了自动充电插接轨迹运动仿真系统。提取不同充电插接轨迹和轨迹上的插接点,利用运动仿真控制系统完成了规划轨迹的实验验证,通过轨迹对比,证明该机械臂满足规划轨迹位置精度的要求。