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摘要：我国的太阳能发电得到国家的大力支持，光伏发电也得到了飞速发展，而追踪式光伏支架尚未得到大力推广，其原因就是追踪系统造价较高，本文将空间3-RPS并联机构引入追日系统中，以达到降低造价的目的。
关键词：3-RPS，并联机构，太阳能，追踪系统
中圖分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）06-0224-02
目前利用太阳能发电形式主要有以下两种：第一种为光热发电，通过收集太阳热能加热工质，通过换热装置提供蒸汽进而驱动汽轮机，达到发电的目的，其代表性的形式有槽式、塔式、碟式和菲涅尔式太阳能热发电系统；第二种为光伏发电，利用半导体界面的“光生伏特效应”，将光能直接转变为电能的。在光伏发电应用领域，太阳能电池板安装方式主要有：1、固定倾角安装2、单轴跟踪式3、双轴跟踪式。
因此，为了充分开发利用和开发太阳能资源，人们研究和开发了太阳能跟踪系统，在现有的太阳能跟踪系统中，双轴式太阳自动跟踪系统比较常见，该形式能够连续性的接收到稳定的太阳能资源，这样就可以更充分的利用太阳能资源。若采用双轴跟踪方式，系统实际发电量可提高约25%。[1]
然而现存的追踪系统中，单轴达不到全方位追踪太阳的作用，双轴跟踪从总体上看属于开链机构，但其中可能包含有局部闭环结构。本文设计了一种新型的闭环太阳自动跟踪系统，虽然限制了关节的工作活动范围，使工作空间减小，但完全可以达到全方位跟踪太阳的功能，且相较于双轴跟踪系统，在机构的刚性上得到很大的提高，对跟踪式光伏的推广具有很大的意义。
1太阳能跟踪器国外研究现状
很久之前，许多国家就开始了对太阳能跟踪系统的研究，太阳能这一清洁能源的开发和利用也越来越受到重视。1997年，美国的Blackace公司，根据太阳的运动原理研制了一种单轴太阳跟踪器，这种跟踪器可以实现在东西方向上对太阳的自动跟踪，而通过手动操作来控制南北方向的高度角，这种单轴的太阳能跟踪装置与传统的固定式装置相比，太阳能接收效率提高了近 15%。[2]1998年，美国加利福尼亚州成功研制出了一种两轴的太阳跟踪器，这种跟踪装置不仅实现两个方向的自动跟踪，而且在跟踪装置上安装了可以集中阳光的透镜，进一步使太阳能板收集到尽可能多的能量，大大提高了太阳光的接收率，提高了发电量。2002年2月美国亚利桑那人学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，人人拓宽了跟踪器的应用领域。[3]
2太阳能跟踪器国内研究现状
与此同时，国内的专家学者也一直在进行着阳跟踪器的研究和开发：1990 年，国家气象局为了进行太阳辐射观测，研制了全自动FST型太阳跟踪装置；1994 年，《太阳能》杂志介绍了单轴液压式太阳自动跟踪装置，该装置能实现对太阳的单向跟踪。2004年，河北工业大学张顺心教授提出了一种新型太阳跟踪装置，该装置机构采用三自由度并联球面机构具有结构紧凑，刚度高，跟踪范围大，精度较高等优点。[4]
3 2DOF空间3-RPS并联机构的引入
少自由度并联机构具有驱动元件少、造价低廉、结构紧凑等特点，近年来，逐渐引起国内外学者的关注。
本文所引入的并联机器人结构如图1所示：
其上平台由顶点为[P1]，[P2]，[P3]等边三角形构成，边长为[lu]；下平台由[A1]，[A2]，[A3]构成等边三角形，边长为[ld]。[A3P3]杆长度固定，为[l3]；[A1P1]杆和[A2P2]杆做为输入端，长度可变，长度分别为[l1]和[l2]；下平台与基础固连，属于基座固定不动。该并联机构的组成为：上平台、下平台、一个固定杆、两个可变杆等。该机构共有7个杆件（含基座），3个球面副，2个移动副，3个转动副，没有公共约束和虚约束。按照Kutzbach-Grubler公式，机构的自由度为
[F=6（l-n-1） i=1nfi]
其中，[l]为连杆数，包括基座；[n]为关节总数；[fi]为第[i]个关节的自由度数。该机构的自由度数为
[F=6（7-8-1） 14=2]
该3-RPS机构，属于Stewart并联机器人系列，采用对称的机构，具有各向同性，因此能适应不同的工作场合。[5]
4小结
本文引入的并联机器人为简化的Stewart并联机构，具有2自由度，自由度数少，结构相对简单，只需要控制两个移动副的输入即可，控制相对容易。通过两个移动副的输入，以调整上平台的位姿，用以实现在空间上的定向，达到光伏板追踪太阳的功能，不仅适用于光伏行业，在光热发电中也具有较大的推广价值。
参考文献：
[1] 徐彩芝，陆志平.光伏电站支架选型研究探讨[J].内蒙古农业大学学报：自然科学版，2014，35（6）：105-109
[2] 吴静.太阳自动跟踪系统的研究[D].重庆：重庆大学，2008
[3] 宋开峰.新型太阳跟踪装置机构的研究[D].天津：河北工业大学，2004
[4] 张顺心，宋开峰，范顺成，等.一种新型太阳跟踪装置机构的运动学仿真[J].现代制造工程，2004（11）：10-12
[5] 刘善增，余跃庆，杜兆才，等.并联机器人的研究进展与现状（连载）[J].组合机床与自动化加工技术，2007（7）：4-10
关键词：3-RPS，并联机构，太阳能，追踪系统
中圖分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）06-0224-02
目前利用太阳能发电形式主要有以下两种：第一种为光热发电，通过收集太阳热能加热工质，通过换热装置提供蒸汽进而驱动汽轮机，达到发电的目的，其代表性的形式有槽式、塔式、碟式和菲涅尔式太阳能热发电系统；第二种为光伏发电，利用半导体界面的“光生伏特效应”，将光能直接转变为电能的。在光伏发电应用领域，太阳能电池板安装方式主要有：1、固定倾角安装2、单轴跟踪式3、双轴跟踪式。
因此，为了充分开发利用和开发太阳能资源，人们研究和开发了太阳能跟踪系统，在现有的太阳能跟踪系统中，双轴式太阳自动跟踪系统比较常见，该形式能够连续性的接收到稳定的太阳能资源，这样就可以更充分的利用太阳能资源。若采用双轴跟踪方式，系统实际发电量可提高约25%。[1]
然而现存的追踪系统中，单轴达不到全方位追踪太阳的作用，双轴跟踪从总体上看属于开链机构，但其中可能包含有局部闭环结构。本文设计了一种新型的闭环太阳自动跟踪系统，虽然限制了关节的工作活动范围，使工作空间减小，但完全可以达到全方位跟踪太阳的功能，且相较于双轴跟踪系统，在机构的刚性上得到很大的提高，对跟踪式光伏的推广具有很大的意义。
1太阳能跟踪器国外研究现状
很久之前，许多国家就开始了对太阳能跟踪系统的研究，太阳能这一清洁能源的开发和利用也越来越受到重视。1997年，美国的Blackace公司，根据太阳的运动原理研制了一种单轴太阳跟踪器，这种跟踪器可以实现在东西方向上对太阳的自动跟踪，而通过手动操作来控制南北方向的高度角，这种单轴的太阳能跟踪装置与传统的固定式装置相比，太阳能接收效率提高了近 15%。[2]1998年，美国加利福尼亚州成功研制出了一种两轴的太阳跟踪器，这种跟踪装置不仅实现两个方向的自动跟踪，而且在跟踪装置上安装了可以集中阳光的透镜，进一步使太阳能板收集到尽可能多的能量，大大提高了太阳光的接收率，提高了发电量。2002年2月美国亚利桑那人学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，人人拓宽了跟踪器的应用领域。[3]
2太阳能跟踪器国内研究现状
与此同时，国内的专家学者也一直在进行着阳跟踪器的研究和开发：1990 年，国家气象局为了进行太阳辐射观测，研制了全自动FST型太阳跟踪装置；1994 年，《太阳能》杂志介绍了单轴液压式太阳自动跟踪装置，该装置能实现对太阳的单向跟踪。2004年，河北工业大学张顺心教授提出了一种新型太阳跟踪装置，该装置机构采用三自由度并联球面机构具有结构紧凑，刚度高，跟踪范围大，精度较高等优点。[4]
3 2DOF空间3-RPS并联机构的引入
少自由度并联机构具有驱动元件少、造价低廉、结构紧凑等特点，近年来，逐渐引起国内外学者的关注。
本文所引入的并联机器人结构如图1所示：
其上平台由顶点为[P1]，[P2]，[P3]等边三角形构成，边长为[lu]；下平台由[A1]，[A2]，[A3]构成等边三角形，边长为[ld]。[A3P3]杆长度固定，为[l3]；[A1P1]杆和[A2P2]杆做为输入端，长度可变，长度分别为[l1]和[l2]；下平台与基础固连，属于基座固定不动。该并联机构的组成为：上平台、下平台、一个固定杆、两个可变杆等。该机构共有7个杆件（含基座），3个球面副，2个移动副，3个转动副，没有公共约束和虚约束。按照Kutzbach-Grubler公式，机构的自由度为
[F=6（l-n-1） i=1nfi]
其中，[l]为连杆数，包括基座；[n]为关节总数；[fi]为第[i]个关节的自由度数。该机构的自由度数为
[F=6（7-8-1） 14=2]
该3-RPS机构，属于Stewart并联机器人系列，采用对称的机构，具有各向同性，因此能适应不同的工作场合。[5]
4小结
本文引入的并联机器人为简化的Stewart并联机构，具有2自由度，自由度数少，结构相对简单，只需要控制两个移动副的输入即可，控制相对容易。通过两个移动副的输入，以调整上平台的位姿，用以实现在空间上的定向，达到光伏板追踪太阳的功能，不仅适用于光伏行业，在光热发电中也具有较大的推广价值。
参考文献：
[1] 徐彩芝，陆志平.光伏电站支架选型研究探讨[J].内蒙古农业大学学报：自然科学版，2014，35（6）：105-109
[2] 吴静.太阳自动跟踪系统的研究[D].重庆：重庆大学，2008
[3] 宋开峰.新型太阳跟踪装置机构的研究[D].天津：河北工业大学，2004
[4] 张顺心，宋开峰，范顺成，等.一种新型太阳跟踪装置机构的运动学仿真[J].现代制造工程，2004（11）：10-12
[5] 刘善增，余跃庆，杜兆才，等.并联机器人的研究进展与现状（连载）[J].组合机床与自动化加工技术，2007（7）：4-10