矿用电机车主要应用于煤矿井下运输大巷和地面长距离运输,是煤矿运输领域的重要设备。大多数矿用电机车采用蓄电池作为动力来源。目前,传统的矿用蓄电池电机车的充电方法是将电池组拆卸,放入充电硐室,使用有线充电机进行充电。这种充电方式自投入使用以来,存在诸多问题,如接触点容易产生电火花、导线暴露、对接触元器件损耗较大等,同时,这种直接接触的充电方式很容易受到外界的粉尘、水、污染物等物质的影响,具有一定的局限性。另外,由于该充电方式只能在固定的场所进行,为生产带来了诸多不便。因此,本文设计了一套新型的基于感应耦合电能传输原理的蓄电池无线充电系统。该系统能够实现电能的无线传输,利用电磁感应耦合原理,将能量通过电磁场从初级端传递到次级端,弥补传统有线电能传输方式的不足。本文利用基于松耦合变压器的感应耦合电能传输技术的优势,对传统的矿用蓄电池电机车充电系统进行了改造,将充电机的核心部件,即紧密耦合的变压器用松耦合变压器进行替代,将松耦合变压器的初、次级端磁芯分离,并通过机械臂来驱动初级端使其与次级端进行空间对接,使松耦合变压器两边具有理想的相对位置,实现电机车的无线充电。论文的研究内容主要包括以下几点:1.对松耦合变压器进行计算和仿真研究松耦合变压器是无线充电系统的重要组成部分,是实现非接触式电能传输的关键部件,在初级端磁芯以及次级端磁芯之间存在着一定的空隙。较大漏感的空隙直接降低了松耦合变压器的耦合系数,减小了能量的传递效率。本论文以原蓄电池充电机柜内的传统紧密耦合的变压器为基础,设计了一套双边分离的EI型松耦合变压器,并针对实际工作中该变压器容易产生的气隙、横向纵向位移偏差等因素对其耦合性能的影响进行了计算和仿真,得出量化的精确对中性接触指标。2.驱动机械臂的运动学分析由于矿用蓄电池电机车功率大,初次级线圈质量大,实现对中困难,故采用一套具有六自由度的机械臂来实现对中。在机械臂本身设计结构参数的基础上,本文通过利用D-H空间建模方法,从运动学正问题和运动学逆问题两个方面来研究其运动学特性。在运动学正问题上,通过研究两个相邻关节的空间坐标变换方法,得出了由机械臂各个关节的空间角度得出末端执行单元空间位姿的方法;从运动学逆问题的角度上来看可以参考机械臂末端执行器所具有的空间位姿,结合机械臂运动空间的限制条件来计算各个关节的运动角度。最后,利用MATLAB对机械臂的运动学模型进行仿真研究。3.驱动机械臂轨迹规划技术的研究为了提高机械臂在驱动初级端磁芯时的运动精度,需要对路径规划技术进行研究,本文从笛卡尔空间坐标和机械臂关节空间坐标来分别进行研究。首先,针对笛卡尔空间中的直线运动轨迹和圆弧运动轨迹,研究了直线插补方法和圆弧插补方法。接着,在关节空间中,利用五次多项式插值法,研究了单个关节的轨迹规划方法及其优化策略。最后,针对六自由度机械臂各个关节运动同时性和协调性的要求,研究了六自由度机械臂同时进行路径轨迹规划的方法。4.EI型松耦合变压器能量传输性能及机械臂精确定位技术的实验研究研制EI型松耦合变压器样机,研究了气隙、横向位移偏差等参数对能量传输效率的实际影响,证明了仿真结果,提出了无线充电系统的定位精度要求。根据研究得到的轨迹规划方法,制定了详细的路径,实现了利用机械臂驱动变压器初级端磁芯并与次级端磁芯精确对接,定位精度精度达0.5mm,满足了矿用蓄电池电机车无线充电系统的要求。