混联机器人

篇一：混联6R机器人研究

第一章 绪 论 ...................................................................................................................................... 2

立题背景及意义 ...................................................... 2

1.1 工业机器人概述 ............................................................ 2

1.2 焊接机器人 ................................................................. 3

1.3 串联结构 .................................................................... 3

1.4 并联机器人 ................................................................ 5

第二章 RGRR机构运动分析 ........................................................................................................ 7

2.1 RGRR-Ⅰ机构运动分析 ...................................................... 7

2.2 RGRR-Ⅱ 机构运动分析 .................................................... 10

第三章 混联6R机器人构型分析 .......................................................................................... 13

3.1 关节的设计方案 ........................................................... 13

3.2 混联6R机器人构型的分析 ................................................. 16

3.3 坐标系号的分配与D-H坐标系的建立 ...................................... 21

第四章 混联6R机器人运动学方程 .................................................................................... 28

4.1 RGRR-Ⅰ机构运动学求解 ................................................... 28

4.1.1 运动学正解 ....................................................................................................................... 28

4.1.2 运动学逆解 ....................................................................................................................... 30

4.2 RGRR-Ⅱ机构运动学求解 ................................................... 36

4.1.1 运动学正解 ....................................................................................................................... 36

4.1.2 运动学逆解 ....................................................................................................................... 38 设计工作总结....................................................................................................................................... 42 参考文献 .................................................................................................................................................. 43 致 谢 .................................................................................................................................................. 45

第一章 绪 论

立题背景及意义

机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，自80年代初问世以来，经历40年的发展己取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生、成长、成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备。

目前国际国内机器人界都在加大研究力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。其中一项主要研究内容是:工业机器人操作机结构的优化设计技术，探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。

对于用于工业生产的焊接机器人，传统的设计一般采用串联结构。串联机有其自身的缺点，并联机构的优点恰好弥补了串联机构的缺点，同时串联机构的优点又恰好弥补了并联机构的缺点。由于这种关系，使得串联与并联之间在应用上不是替代作用，而是互补关系。因此综合二者的优点，避其缺点，研究由串并联组成的混联机器人将是机械加工业的发展趋势。

本课题针对焊接机器人对负载/自重比的更高要求，结合并联机构的上述优点，利用运动学构型分析方法，研究可采用模块化的并联机构。借鉴右未总体方案的创新设计，研究工业机器人的总体方案设计方法。

1.1 工业机器人概述

工业机器人是一种典型的光、机、电一体化高科技产品，一般指在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。工业机器人的定义为:一种自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。操作机定义为:具有和人的手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置。工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产.它对稳定、提高产品质量，提高生产效率改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。1959年被称为“工业机器人之父”的美国发明家约瑟夫2英

格伯格与德沃尔联手制造出世界上第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂Unimation公司.1962年美国AMF公司生产出的“VERSTRAN”(意思是万能搬运)成为真正商业化的工业机器人，掀起了全世界对机器人研究的热潮。从20世纪60年代后期开始，搬运、喷漆、弧焊机器人相继在生产中得到应用。如图1-1 为PUMA机器人。

图1-1工业机器人始祖

1.2 焊接机器人

焊接机器人是最大的工业机器人应用领域，它占工业机器人总数得25%左右。由于对许多构件的焊接解读和速度提出越来越高的要求，一般工人已难以胜任这一工作。此外，焊接时的火花及烟雾等，对人体造成危害；采用焊接机器人在生产中可提高焊接质量和生产效率，保证了焊接过程的稳定性和产品的一致性，减小了劳动强度，满足了高度柔性化生产的要求。因此，焊接机器人广泛地应用于现代制造收，如汽车制造和汽车零部件、摩托车制造、工程机械、机车车辆、家用电器等行业。因而，焊接过程的完全自动化已成为重要的研究课题。其中，十分重要的就是应用焊接机器人。

1.3 串联结构

根据不同的拓扑结构来划分，机械手可以分为三类，即串联、并联和混联。 串联机构英文名为Serial Mechanism,简称SM。串联机械臂很像人类的手臂，

它由一连串的刚体组成，并通过一个自由度的关节使其与它的前驱和后驱相连接。图1所示的PUMA机器人就是一个典型的机械手。

在众多的机器人类型中，串联机器人在上业领域的应用最为广泛。传统的机器人一般是山机座、腰部、大臂、小臂、腕部和手部构成。大臂小臂以串联方式联接，所以也称为串联机器人。通常，一个串联机器人就是由关节将刚性连杆连接在一起的连杆机构。基于制造和控制操作相对简单等方面考虑，机器人通常只包括旋转或移动关节和相互垂直或平行的轴线。

操作手都至少具有一个移动关节。从此，多数工业机器人就成为具有六个自山度的操作手。这些机器人具有六个转动关节，并且它们末端的三个关节轴线垂直相交，这三个关节就形成了一个球形的腕部，因此，它们就能达到?a href="http://www.zw2.cn/zhuanti/guanyuwozuowen/" target="_blank" class="keylink">我馕蛔恕?/p>

总结起来，串联机器人一般具有以下的结构特点:

（1）具有类人的结构是说它们具有“肩”(第一个和第二个关节)、“肘”(第三个关节)、“腕”(最后三个关节)。所以，它们总共具有六个自山度，能够将物体放置在任意一个位置。

图1-2串联机器人

（2） 几乎所有的商业机器人只有转动关节与移动关节相比，转动关节的制作成本较低，并且转动关节能够提供更加灵活的上作空间。

（3） 串联机器人很笨重它所承载的负荷与其自身重量之比为1/l00。

由上述串联机器人的结构可以看出，6-DOF串联机器人较其它类型机器人具有工

作空间大、运动灵活多变的优势和特点，因而在上业生产线上得到了广泛的应用。

1.4 并联机器人

并联机构英文名为Parallel Mechanism，简称PM，可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构，它的出现可以回溯至20世纪30年代。1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置，如图10所示；1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆，如图11所示；之后，Gough在1962年发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎

检测装置。

图 1-3并联娱乐装置 图 1-4 并联机构的喷漆机器人

并联机器人和传统工业用串联机器人在哲学上呈对立统一的关系，和串联机器人相比较，并联机器人具有以下特点：

（1）无累积误差，精度较高；

（2）驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好；

（3）结构紧凑，刚度高，承载能力大；

（4）完全对称的并联机构具有较好的各向同性；

（5）工作空间较小；

根据这些特点，并联机器人在需要高刚度、高精度或者大载荷而无须很大工作空间的领域内得到了广泛应用。

篇二：四自由度串联机器人的设计与研究

摘要

1) 在论证同类机器人构型的基础上，对两种机器人分别进行了本体方案设计，并用Solid Edge软件建立了机器人三维实体模型；

2) 对四自由度串联机器人进行了运动学分析。首先用D-H法建立了机器人的连杆坐标系，推出了运动学方程并求出了正、逆解；然后采用矢量积方法构造出机器人的雅可比矩阵，在此基础上对机器人进行了速度分析；

3) 利用虚拟样机技术对四自由度串联机器人进行运动学仿真。对Solid Edge下建立的机器人三维模型进行处理，并导入ADAMS软件中，建立机器人的仿真模型，然后进行运动学仿真，通过把仿真结果和理论求解结果进行对比，从而验证了运动学分析结果。

4) 对四自由度串联机器人进行动力学分析。用拉格朗日法推导出机器人动力学方程。在此基础上，编写了机器人动力学仿真程序，对动力学方程进行了初步验证。

5) 对四自由度混联机器人进行了本体方案设计及运动学分析和仿真。用D-H方法建立了机器人的连杆坐标系，推出了运动学方程并求出了正、逆解；并使用ADAMS软件对其进行了运动学仿真。

I

III

目录

目 录

1 绪论 ......................................................................................................................................... 1

1.1 引言 .............................................................................................................................. 1

1.2 工业机器人研究现状与发展趋势 .............................................................................. 1

1.3 本课题的主要研究内容和工作安排 ........................................ 错误！未定义书签。

1.3.1 课题研究的背景及意义 ................................................. 错误！未定义书签。

1.3.2 课题研究的内容及安排 ................................................. 错误！未定义书签。

2 四自由度串联机器人结构设计 ............................................................................................. 5

2.1 机器人的总体方案设计 .............................................................................................. 5

2.1.1 机械传动方案的选择与比较 ........................................................................... 5

2.1.2 机器人驱动方案的确定 ................................................................................... 6

2.1.3 机器人基本技术参数设计 ............................................................................... 7

2.1.4 机器人的外形及工作空间 ............................................................................... 8

2.1.5 步进电机与减速器的计算和选择 ................................................................... 9

2.2 机器人本体基本结构设计 ........................................................................................ 10

2.2.1 大臂和小臂机械结构设计 ............................................................................. 11

2.2.2 回转台机械结构设计 ..................................................................................... 11

2.2.3 直线组件的设计选择 ..................................................................................... 12

2.2.4 支架结构设计 ................................................................................................. 13

2.2.5 机器人本体的三维模型 ................................................................................. 14

2.3 本章小结 .................................................................................................................... 14

3 四自由度串联机器人运动学分析与仿真 ........................................................................... 17

3.1 四自由度串联机器人运动学分析 ............................................................................ 17

3.1.1 概述 ................................................................................................................. 17

3.1.2 机器人运动学正逆解分析 ............................................................................. 19

3.1.3 雅可比矩阵的推算和速度分析 ..................................................................... 22

3.2 四自由度串联机器人运动学仿真 ............................................................................ 24

3.2.1 虚拟样机技术概述 ......................................................................................... 24

3.2.2 本文用到的ADAMS软件模块 .................................................................... 25

3.2.3 建立机器人仿真模型 ..................................................................................... 26

3.2.4 机器人位移仿真分析 ..................................................................................... 27

3.2.5 机器人速度仿真分析 ..................................................................................... 28

3.3 本章小结 .................................................................................................................... 29

4 四自由度串联机器人动力学分析 ....................................................................................... 31

4.1 拉格朗日动力学方程简介 ........................................................................................ 31 1

篇三：刚柔混联下肢康复机器人结构设计

编号：

毕业设计(论文)

题 目：

摘 要

本次设计是对刚柔混联下肢康复机器人装置的设计。在这里主要包括:滚珠丝杠传动系统的设计、这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。

整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

本论文研究内容：

(1) 刚柔混联下肢康复机器人装置总体结构设计。

(2) 刚柔混联下肢康复机器人装置工作性能分析。

(3)电动机的选择。

(4)刚柔混联下肢康复机器人装置的传动系统、执行部件及机架设计。

(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。

(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。

关键词：刚柔混联下肢康复机器人装置，联轴器，滚珠丝杠

Abstract

This design is the design of the lower limb rehabilitation robot device mixed rigid flexible. Here mainly include: Design of ball screw drive system, the graduation design on the design of the basic skills training, enhancing the analysis and to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.

The structure is mainly produced by the motor power through the coupling will need to transfer the power to the screw rod, the screw rod drives the screw rod nut, thereby driving the movement, improve labor productivity and automation level of production. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.

The research of this thesis:

(1) the rigid flexible hybrid lower limbs rehabilitative robot device structure design.

(2) analysis of lower limbs rehabilitation robot device performance mixed rigid flexible.

(3) the choice of motor.

(4) transmission system, execution unit and frame design of rigid flexible hybrid lower limbs rehabilitative robot.

(5) the design of components for the design calculation and check.

(6) to draw the assembly drawing and parts assembly diagram and parts diagram design.

Key words: rigid flexible hybrid lower limbs rehabilitative robot device, coupling, ball screw

目 录

目 录 .................................................................................................................................... IV

1 绪论 ..................................................................................................................................... 1

1.1 国内外研究现状 ................................................................................................................. 1

1.2刚柔混联下肢康复机器人原理及结构 .............................................................................. 1

1.3 本课题研究的内容及方法 ................................................................................................. 3

1.3.1主要的研究内容 ............................................................................................................... 3

1.3.2设计要求 ........................................................................................................................... 3

2 刚柔混联下肢康复机器人装置总体结构设计 ................................................................... 4

2.1设计的要求与数据 .............................................................................................................. 4

2.2 总体结构设计 ..................................................................................................................... 4

2.3 康复机器人结构设计草图（框架图） ............................................................................. 5

3 康复机器人结构及传动设计 ............................................................................................. 8

3.1 滚珠丝杆副的选择 ............................................................................................................. 9

3.1.1导程确定 ........................................................................................................................... 9

3.1.2确定丝杆的等效转速 ....................................................................................................... 9

3.1.3估计工作台质量及负重 ................................................................................................... 9

3.1.4确定丝杆的等效负载 ....................................................................................................... 9

3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷 ......................................................................................... 10

3.1.6精度的选择 ......................................................(转 载 于:wWW.smHAida.cOM 海达范文网:混联机器人)............................................................... 11

3.1.7选择滚珠丝杆型号 ......................................................................................................... 11

3.2校核 .................................................................................................................................... 12

3.2.1 临界压缩负荷验证 ........................................................................................................ 12

3.2.2临界转速验证 ................................................................................................................. 13

3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 ......................................................................... 13

3.3电机的选择 ........................................................................................................................ 14

3.3.1电机轴的转动惯量 ......................................................................................................... 14

3.3.2电机扭矩计算 ................................................................................................................. 15

4 其它零部件的设计计算 ................................................................................................... 17

4.1电机轴的设计校核 ............................................................................................................ 17

4.2键的校核 ............................................................................................................................ 18

4.3轴承的校核 ........................................................................................................................ 18

4.4力矩电机的选取 ................................................................................................................ 19

5 机架的设计 ......................................................................................................................... 23

5.1对机架结构的基本要求 .................................................................................................... 23

5.2机架的结构 ........................................................................................................................ 24

5.3横梁设计 ............................................................................................................................ 25

5.4机架的基本尺寸的确定 .................................................................................................... 25

5.5主要梁的强度校核 ............................................................................................................ 25

结论 ......................................................................................................................................... 28

参考文献 ................................................................................................................................. 29

致 谢 ....................................................................................................................................... 30

篇四：机器人手臂

工业机器人

——关节型机器人

摘要：传统的工业机器人一般是由机座、腰部、大臂、小臂、腕部和手部以串联方式联接而成的开式链机器人机构，也称为串联式机器人。该机器人结构简单，刚度、精度好，控制容易，响应快，成本低，在电子行业中用来尽享装配接插件的工作，得到了迅速发展。

关键词：串联式、自由度、空间运动

前言：工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。可以接受人类指挥，同时也可以按照预先编译程序运行，在多个行业领域内广泛运用着。 随着机器人机构学的发展，工业机器人的种类越来越繁多，但从机器人机构学的角度范围来分，可分为串联式机器人、并联式机器人以及串联并联混合式的混联机器人三大类。

串联式工业机器人的最典型结构是将开式运动链装在固定的机架上。这类机

器人称为关节型工业机器人。如图所示

为典型的关节型工业机器人：

此类机器人的组成元素主要是刚

性连杆及运动副，也成为机械手或操作

器。在机械手的末端，固定着一个夹持

式手爪，称为末端执行器。末端执行器

可以是焊枪、油漆喷枪、钻头、自动螺母扳手等，可按工作需要随时更换。

对于此种关节型机器人来说，它由机身、臂部、腕部、手部等部分组成。各部分功能是模仿人的手臂来描述定义的。其中机身相当于人的身躯，起支撑作用，并用于安装驱动装置等部件，相当于一个机架。臂部相当于人的大臂小臂，是主要执行部件，其作用是用来支撑腕部和肘部，并带动它们一起在空间运动，从而带动手部按一定轨迹运动。腕部相当于人的手腕，是连接臂部和手部的部件，其作用是调整和改变手部在空间的方位。手部相当于人的手部，是操作器的末端执行部件，其作用是握住所需要的物件或对象。

在典型的串联关节型机器人中，每

个转动关节或移动关节的位置都由一个变

量来确定，即每个转动关节或移动关节的

自由度为1。整个机器人的自由度数目等

于各运动部件自由度的总和。

图示机器人为典型的6自由度关节

型串联机器人。其中臂部是由腰关节、肩

关节以及肘关节3个关节，合计3个自由

度组成。腕部是由绕腕部自身轴旋转、腕

的上下摆动以及腕的左右摆动3个关节，

合计3个自由度组成。即，整个机器人的总自由度为6个自由度。手部开合运动有时也称为半个自由度。

此机器人的主要运动是由臂与腕的运动来实现的，臂部运动用于完成主运动，腕部运动用于调整手部在空间的姿态。

通常，操作器手部在空间的位置和运动范围，主要取决于臂部的自由度以及大臂小臂的臂长、转角范围。因此，臂部运动也称为操作器的主运动，臂部各关节称为操作器的基本关节。根据臂部结构以及关节运动形式，不同的关节自由度数以及臂部集中自由度的不同组合，可以得到不同的工作空间运动。

当臂部只有1个自由度时，其工作空间为直线或圆弧曲线，即一维线空间。当臂部有2个自由度时，其工作空间为平面、圆柱面或球面，即二维面空间。当臂部有3个自由度时，其工作空间为长方体或回转球体，即三维立体空间。由此可以得出结论，要使机器人操作器手部能到达空间任一指定位置，空间机器人操作器的臂部至少应具有3个自由度。同理，为使机器人操作器手部等到达平面任一指定位置，平面机器人的臂部至少应具有2个自由度。臂部各运动副所具有的独立自由度与其所对应的运动关系为:

1） 独立移动运动：x方向独立自由度完成x方向移动;y方向独立自由度

完成y方向移动；z方向独立自由度完成z方向移动。

2） 独立回转运动：Φx1完成绕x轴转动，该项转动一般由手腕运动代

替，臂部通常不用；Φy1完成绕y轴转动，即实现上下俯仰运动；

Φz1完成绕z轴转动即实现左右摆动运动。

如上图所示，腕部运动各个关节用于调整手部在空间的姿态。为了使手爪在空间能取得任意指定的姿态，串联式空间机器人操作器腕部至少应有3个自由度。通常取3个轴线相互垂直的3个转动关节，如前文a图所示。

同理，为使手爪能在平面中取得任意制定的姿态，平面串联式机器人操作器腕部至少应有1个转动关节。

腕部各运动副所具有的独立自由度与其所对应的运动关系为：沿x1，y1，

z1方向的移动通常不用或少用。沿x1，y1，z1方向轴的自身转动如上图所示：Φx1为绕x1轴自身转动；Φy1为y1轴上下摆动；Φz1为绕z1轴转动，即实现左右摆动。

手部运动的作用是夹持或握住所需搬运物件、工件或工具。由于其运动不会改变所握物体在空间的位置和姿态，故其运动自由度通常不算做机器人操作器的自由度。

为了使串联式机器人适用于各种应用场合，对于一般通用串联式空间机器人操作器至少应具有6个自由度。其中，3个为臂部自由度，用来决定手部末端执行器在空间的位置；另3个为腕部自由度，用来确定手部末端执行器在空间中的姿态。为了使末端执行器在三维空间中能取得任意指定的姿态，腕部的运动必须至少有三个独立转动关节。对于通用的平面串联式机器人操作器，必须至少具有3个自由度。其中，臂部2个自由度决定末端执行器在平面中的位置；另1一腕部自由度决定末端执行器在平面中的姿态。为使末端执行器能在二维平面内取得任意指定的姿态，则必须至少要有1个转动关节。

由以上分析可知，对于通用型串联式机器人操作器，无论是空间型或平面型，都必须有转动关节，仅仅只用移动关节是无法满足各种位置及姿态要求的。对于特殊的专用机器人，可要求空间操作器只具有4个或5个自由度。工程中常用的操作器，其自由度数约为4~7个。当空间操作器自由度数大于6时，这种操作器的自由度称为具有冗余自由度。这种具有冗余自由度的串联式机器人操作器具有机动性及灵活性，可适用于避障场合。当机器人工作区内存在着障碍时，具有冗余自由度的机器人能将手臂绕过障碍，进入通常

机械臂难以到达的工作区域。

串联式机器人也有明显的不足，如各关节为悬臂结构，刚度较低，在相同自重或体积下与并联式机器人相比，承载能力低，且由于末端杆误差是各个关节的积累和放大，其误差大，精度低。但并联机器人在这些方面性能较好。两者各有优缺点，且为互补关系，应视具体情况，取长补短，选择最佳方案。

参考文献：马履中.《机械原理与设计》[M].北京：机械工业出版社，2009.1

篇五：混联式混合动力系统的技术优势

混联式混合动力系统的技术优势

一、混合动力系统分类：

1.混动系统主要分“串联，并联，混联”三种：

（1）串联式混合动力系统：

串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车；

（2）并联式混合动力系统：

并联式混合动力系统：并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况；

（3）混联式混合动力系统：

混联式混合动力系统：混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。

二、混联式混合动力系统优势：

起步和低速段采用纯电动和串联模式，充分利用串联式的优点，可以充分利用车辆对电能输出要求低的时间段，比如等红绿灯、堵车等发动机怠速时段高效率补充储能器电能，发动机在满足相关条件情况下也可以熄火；在经济时速段采用发动机直接驱动模式，没有电能转换损失和传动损失，发动机工作在最佳工作区，效率高；在急加速、爬坡等特殊工况下，采用混合驱动模式，在保证动力性的同时兼顾系统效率。

相比串联式混合动力只能依靠电机驱动车辆行驶，混联式可以通过优化控制策略，使发动机和驱动电机辅助车辆驱动，充分发挥驱动电机低速时大扭矩输出和高速时发动机高效率低油耗工作，动力性佳

相比并联式混合动力两套驱动系统,混联式混合动力系统结构更优化；可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。

混联式混合动力系统控制策略更灵活，可以实现发动机怠速启停，大大消除城市路况中发动机怠速的排放、噪音及油耗。

混联式混合动力可以高效回收减速和制动时的能量,减少传统制动元器件的损耗。节油率比串并联混合动力系统高。

三、福工具有怠速熄火功能的混联式混合动力：

（1）当车速低于22Km/h时，此时车辆的主离合器与主电动机分离，整车控制器判断储

能元件电量是否充足以及其它影响因素，当条件满足怠速熄火逻辑时候，关闭内燃机，达到消除怠速油耗、减少排放和降低噪声；当储能元件电量不够时候以及影响发动机熄火因素存在，发动机处于发电状态，转速提高，带动辅助发电机给储能元件充电，补充能量，超级电容器为驱动电机供电，提供车辆的动力；

(2)当车速超过22Km/h时，整车控制器控制发电机不充电，同时控制车辆的主离合器与驱动电动机结合，由发动机与驱动电机联合驱动客车行驶；

（3）当车速达到40Km/h发动机进入高效运行区间，驱动电机停止输出，完全由发动机驱动车辆行驶；此时储能元件能量不足时，驱动电机也可做为发电机给储能元件进行充电；

(3) 当超负荷或加速时，超级电容提供能量给驱动电机为整车驱动提供额外的功率，辅助发动机驱动车辆行驶，客车加速和爬坡的辅助能源来自超级电容组；

(4) 当客车减速时，驱动电机回收制动能量给超级电容，由于超级电容能大电流充放电，在短时间内能够回收大量能量，所以能量的回收率很高。同时车辆的主离合器与驱动电机断开，发动机熄火，当超级电容还需充电，整车控制器就控制发动机怠速提升带动发电机充电。

四、超级电容与电池组合模式：

这种组合方式在纯电动和混合动力上都有所应用。将超级电容和电池结合使用，可以通过各自的控制电路来实现两者的充电、放电介入时刻。

这种结构结合了超级电容和电池各自的优点，改善了车辆的性能，但是系统结构、控制方式则更为复杂。

福工动力基于多年研发应用经验，综合国内多个城市公交运营路况的适应性研究，对于道路较平坦的路，主推典型的纯超级电容混联式HEV系统;而针对路况复杂的公交线路，如坡度较大、坡道较长、红绿灯濒繁、高峰期坡道拥堵严重等情况，因地制宜，在国内率主推出

超级电容为主、动力电池为辅的无外充电混联式HEV系统，并在杭州、昆明、厦门、唐山、海口等城市的特定线路批量推广。

这种模式下，以超级电容为主储能，利用超级电容使用寿命长、安全可靠、充放电快速、充放电效率高的点，在系统工作的大多数时间，仅使用超级电容，有效保证混合动力系统充放电效率。利用锂电池储存的特点，在特殊工况下短时间协助驱动整车，满足行驶要求。锂电池作为备用储能元件，用量少、质量小、使用时间短、降低风险并大幅度提高使用年限。锂电池不参与制动能量回收而是利用异步发电机补电，解决回收电量大电流冲击问题，提高锂电池使用寿命。

此外，此方案基于福工特有的纯超级电容储能模式进行优化升级，匹配小容量的动力锂电池组，在无需要加外接充电设施的情况下即可保障正常营运，实现特定城市工况最佳的道路适应性，又无需额外增加配套充电设施投入，可为客户最大化地节约采购和使用成本。

与其他储能方式相比，超级电容为主、动力电池的储能模式继承了超级电容作为核心储能元件的所有优势，又避免了锂电池充电时间、频繁工作带来的负面影响，同时还解决了复杂城市公交路况的适应性问题，延长了储能系统整体的使用寿命。在现阶段是实用效率好的储能模式应用方案。

五、各项技术的节能贡献率：

六、各个部件优势：

福工动力插电式系统包括整车控制器、驱动电机控制器、驱动电机、发电机、超级电容、锂电池组、气泵总成、转向助力电机、充电接口以及附属的按钮、开关等部件：

1、整车控制器：

混合动力控制器是车辆核心部件，具有控制车辆正常行驶、控制发动机怠速熄火、驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视。

2、驱动电机控制器：

控制驱动电机有序高效运行，采用大功率智能模块、优良的冷却散热系统、可靠的电源控制系统、转矩矢量控制系统优化组成；控制器具有过电流、过电压、过热及欠电压、误操作的保护功能，能有效确保人员和设备的安全。

3、驱动电机：

三相交流异步电机是整车的核心驱动单元和能量回收单元，主要用于整车驱动和发电，加速时处于驱动，减速时处于发电状态；

电机轴的材料使用的是42CrMo，加强扭力，增大电机花键轴，抗弯扭力从3332N.m提高到7592N.m。

4、助力转向系统：

（1）高性能的车用电机及液压泵，可连续提供液压动力，保证车辆转向系统更高的可靠性；

（2）电机控制器可通过压力负载反馈，实时调节液路流量与压力，节能效果更佳；

（3）通过电机控制器的逆变性，把直流电转换成交流电，适用更宽的直流电压范围；

（4）电机与液压泵之间适用弹性连接结构，有效缓解电机加减速过程中的冲击感，延长适用寿命；

（5）电机端盖轴承端自带注油孔，定期注油保养，电机的使用寿命更长。

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