1. 研究目的与意义（文献综述）

太阳能是一种洁净、丰富且可再生的理想能源，在当前能源需求巨大的情况下，利用太阳能解决能源问题就成了明智的选择，而利用太阳能最普遍的方式就是太阳能电池板发电。当前大多的太阳能电池板都是固定角度固顶平面布置的，在这种情况下虽然装置的布置变得简单成本也较低廉，但是收集太阳能的效率很低。在此情境下，使电池板可以时刻保持较大效率收集太阳能成为一个值得研究的课题，而提出的解决方案便是由电机带动电池板活动实现对太阳的追踪功能。目前，国内工业的高速发展使得不可再生能源产生的污染不断增重，在可持续发展的要求下，国家大力支持太阳能发电技术，2018年太阳能发电1.7亿千瓦，已占总发电量的9.2%，创历史新高，但在太阳能发电技术上，我国起步较晚，相较于最早起步的美国落后不少，美国这一类太阳能发电起步较早的国家在独有技术如斯坦福大学的扩散点接触工艺上具有优势，规模上也不输于我国。

本次设计课题是双轴太阳能跟踪机械设计，双轴跟踪，顾名思义，是指具备两个方向的旋转轴。#8194;这样电池板可以在太阳的方位角，以及高度角上同时跟踪太阳。从而达到电池板保持垂直于太阳光线。双轴跟踪光伏阵列沿着两个旋转轴运动，能够同时跟踪太阳的方位角与高度角的变化，理论上可以完全跟踪太阳的运行轨迹以实现入射角为零。在此情况下，几乎可以实现太阳能手机效率的最大化，是提高太阳能收集效率的一种较好的方式。除双轴跟踪外使用广泛的还有三种太阳光伏自动跟踪系统，包括水平单轴跟踪和行星轴单轴跟踪，水平单轴跟踪和倾斜单轴跟踪只有一个旋转自由度，而双轴跟踪具有两个旋转自由度。
三种跟踪系统采用的跟踪控制策略为主动式跟踪控制策略，通过计算得出太阳在天空中的方位，并控制光伏阵列朝向。这种主动式光伏自动跟踪系统能够较好的适用于多霜雪、多沙尘的环境中，在无人值守的光伏电站中也能够可靠工作。从跟踪是否连续的角度看，所研制的光伏自动跟踪系统采用了步进跟踪方式，与连续跟踪方式相比，步进跟踪方式能够大大的降低跟踪系统自身能耗。
双轴跟踪作为太阳能光伏发电系统安装方式，这种系统与固定式安装方式相比较，可以提高至少35%的发电量，并且其可靠性达10年之久，非常耐用。

双轴自动跟踪系统一般分为电控和机械两大部分。
1、电控系统
双轴跟踪光伏阵列沿着两个旋转轴运动，能够同时跟踪太阳的方位角与高度角的变化，理论上可以完全跟踪太阳的运行轨迹以实现入射角为零。通常，跟踪控制可以采用连续跟踪和步进跟踪两种基本方式。连续跟踪方式需要跟踪角按照变化规律随时调节以跟随太阳运行轨迹。而步进跟踪方式则是每隔一段时间调整一次跟踪角使光伏阵列对准当前太阳所处的位置，而其余时间光伏阵列固定不动。显然，步进跟踪方式简化了系统控制。但是，步进跟踪的光伏阵列不能实时跟踪太阳运行轨迹，就必然降低太阳辐射的利用率。综合各方面考虑，采用步进跟踪方式，使其跟踪角度误差小于±0.5度。
2、机械结构
双轴跟踪系统的结构分为支撑部分，联接部分和传动部分。双轴跟踪系统的支撑部分是由主体支柱、转动支撑及钢结构支架组成，联接部分由铝型材及螺栓组成，传动部分由蜗轮蜗杆、联接杆件、减速器等组成。双轴跟踪系统跟踪方向包括水平回转和竖直俯仰两个方向，实现双自由度跟踪。电机动力输入，经过减速器减速，输入蜗轮蜗杆，将竖直平面的回转运动转换成水平面的回转运动，同时位置传感器实时采集系统转动的角度，为电控输入实时数据，从而实现水平回转方向的自动跟踪。

2. 研究的基本内容与方案

本次设计课题的题目为小型双轴太阳能跟踪器机械设计，其基本内容如下：

1、设计 大型太阳双轴跟踪器的设计

2、运动方式.两轴运动

3. 研究计划与安排

设计课题的进度安排如下：

1、1到2周：设计资料收集、方案准备

2、3到5周：撰写总体方案报告并绘制装置总体设计草图

4. 参考文献（12篇以上）

1、jing-min wang * and chia-liang lu ；design and implementation of a sun tracker with a dual-axissingle motor for an optical sensor-based photovoltaic system ；sensors 2013, 13

2、uikyum kim，yong bum kim，dong-yeop seok；development of surgical forceps integrated with a multi-axial force sensor for minimally invasive robotic surgery；10.1109/iros.2016.7759543

3、kim, uikyum，lee, donghyuk，moon, hyungpil；design and realization of grasper-integrated force sensor for minimally invasive robotic surgery；10.1109/iros.2014.6943173