CN104227709B - 基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手,包括固定装置、夹持装置、驱动装置、换档装置和控制系统，还提供一种采用上述换档机械手的汽车换档控制方法，包括接收发动机转速信号和踏板位置信号并判断踏板位置，驱动离合踏板调整离合器，驱动油门踏板改变油门开度，并进行换档路径规划，控制换档机械手拉动换档杆运动至需要档位位置，然后驱动离合踏板闭合离合，完成换档。本发明采用空间并联四连杆机构组成换档机械手的换档装置，具有空间多个自由度，能够对变速箱进行高效率的换档操作；整个换档机械手结构简单，安装快捷，能够安装在驾驶室内适应不同类型的车型和不同换档形式的车辆，不会占用驾驶员正常驾驶空间，不影响驾驶员正常驾驶工作。

Description

基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车自动驾驶装置和试验用车技术领域，具体涉及一种汽车变速箱自动换档机械手及其控制方法，是代替人类驾驶员对汽车变速箱自动换档的机械装置，其实现主要是基于空间并联四连杆机构。

背景技术

汽车换档机械手是在汽车自动驾驶或试验用车时，可以在不对汽车变速箱做改造的前提下，对汽车换档杆进行自动换档操作。换档机械手的控制系统根据换档需要发出指令，驱动装置驱动换档装置做出对变速箱换档杆的换档动作。

汽车换档有多种形式，自动换档机械手需要完成不同种类的换档杆控制，需要对各种汽车变速箱具有非常好的适应性。换档杆的端头工作在球形曲面上，换档机械手需要具有多个方向的运动自由度才能驱动换档杆在球形曲面上运动，完成不同的换档操作。现有的几种换档机械手都难以精准驱动换档杆在球形曲面上的运动，体积巨大笨重，难以完成对所有的变速箱进行高效率的换档操作。同时在汽车驾驶实验时，需要将汽车驾驶至实验场地或者试验机上，现有的换档机械手都会占用驾驶员座椅位置，致使驾驶员不能正常驾驶被实验汽车，需要借助吊装转运设备来辅助实验，增加了实验难度和实验成本。

国内申请号为200420027440.8的专利公开了一种汽车手动变速箱自动换档装置，该换档装置由七个连杆组成，结构复杂，其利用气缸和电动机混合驱动，通过切换摇杆位置来解耦选档与挂档动作，由于空气具有很大的压缩性，位置精度控制差。整套系统需要提供清洁稳定的空气动力源，系统庞大、繁重，需要固定在驾驶员座椅上，无法适应所有的汽车手动变速箱换档操作。

国内申请号为201110264909.4的专利公开了一种汽车自动驾驶机器人，汽车驾驶机器人主要由换档机械手部分与其他踏板执行机构组成。换档机械手部分仅具有两个自由度，前倾和翻转，无法完成在换档杆竖直方向上运动，会损坏换档杆，且整个换档机械手固定在驾驶员座椅上，占用驾驶员座椅空间，无法人工驾驶。

发明内容

本发明提供一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，用于代替车内驾驶员，能在自动驾驶中进行多自由度的自动换档操作，并能够安装在驾驶室内适应不同类型的车型和不同换档形式的车辆。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，包括固定装置、夹持装置、驱动装置、换档装置和控制系统，所述驱动装置包括减速机和驱动电机，减速机的输入端与所述驱动电机转轴连接，减速机的输出端与换档装置固定连接；所述换档装置包括空间并联的两套连杆机构和一个换档杆套筒，该连杆机构包括驱动摆臂和驱动横杆；所述驱动摆臂一端固定连接在所述传动机构的输出端，驱动摆臂另一端通过球铰链与驱动横杆一端活动连接，驱动横杆另一端通过球铰链与换档杆套筒活动连接，两组所述驱动摆臂和驱动横杆之间形成空间并联四连杆机构,所述换档杆套筒下端固定套设在换档杆上。

本发明的换档机械手，采用两个水平放置的伺服电机作为驱动电机，构成两套驱动装置，而形成空间四连杆机构的驱动摆臂和驱动横杆组成两套换档装置，两套换档装置组成空间并联机构，机构之间相互约束。驱动装置协调控制驱动摆臂来控制换档杆套筒位置，完成换档动作。选档动作与换档动作实现解耦，相互之间不干涉，控制方便。采用的伺服电机具有体积小，启动转矩大，速度快，具有非常高的启动速度与位置控制精度。同时，本发明具有结构紧凑，整体重量非常小，不会增加太多汽车负载，完全实现对驾驶员正常驾驶工作零影响，且易于安装和维护等优点。

进一步地，所述固定装置包括竖直设置在车内可伸缩的固定杆，该固定杆下端设置有安装支架，固定杆上端设置有吸顶盘。所述夹持装置包括用于夹持所述固定装置的环形夹持器和用于固定所述驱动装置的连接板，环形夹持器与连接板固定连接形成一整体。

整个换档机械手通过夹持装置固定在可伸缩固定杆上，固定杆放置在后排座椅中间位置，固定杆两端顶在车体上下，固定杆的高度可以根据车内高度调节，夹持装置也可以通过调节在固定杆上的位置来适应不同的车体，将驱动电机插入夹持装置内，用螺钉固定，这样可以实现在车体内无破坏安装换档机械手。

进一步地，所述传动机构包括相互啮合传动的蜗杆和蜗轮，其中蜗杆通过轴承与驱动电机的输出轴连接，蜗轮的端轴通过连接轴与驱动摆臂垂直固定连接。

进一步地，两个所述驱动横杆之间的夹角θ为30°～90°。

驱动横杆在水平位置时，两杆的空间夹角要保证在30度至90度之间，可以通过改变两个驱动摆臂之间的距离来调整驱动横杆的空间夹角，驱动横杆的空间夹角会影响到换档机械手驱动电机的选用，夹角越小就需要电机具有更大的驱动力或者需要减速机具有更大的减速比。球铰链连接可以作为优选方案实施，可以采用胡可铰链来替代球铰链，但是胡克铰传动精度低，结构尺寸较大，在操作精度要求较高的车辆或试验中无法使用。

进一步地，所述换档杆套筒顶端设置有蘑菇状的手头，设置手头可用作手动换档，实现手自一体。

本发明还提供一种采用上述权利要求所述换档机械手的汽车换档控制方法，包括如下步骤：

a、上位机发出换档指令至控制系统，控制系统实时接收发动机转速信号、油门踏板位置信号、离合踏板位置信号以及机械手位置信号，若发动机转速满足设定换档转速，则执行步骤b，若不满足则重新检测发动机转速；

b、控制系统通过离合踏板驱动机构驱动离合踏板松开离合，同时控制系统检测离合踏板位置是否满足换档位置要求，若满足则执行步骤c，若不满足则重新检测离合踏板位置；

c、控制系统通过油门踏板驱动机构驱动油门踏板改变油门开度，同时检测发动机转速是否满足设定起步转速，若满足则执行步骤d，若不满足则继续驱动油门踏板改变油门开度；

d、控制系统检测机械手位置并进行换档路径规划，控制换档机械手拉动换档杆运动至需要档位位置，判断换档机械手是否到达指定位置，若是则执行e步骤，否则将继续进行换档路径规划；

e、控制系统检测发动机转速是否满足安全离合转速，若满足则执行步骤f，若不满足则延时后重新检测发动机转速；

f、控制系统通过离合驱动器驱动离合踏板闭合离合，完成换档。

所述换档机械手的换档装置包括空间并联的两套连杆机构和一个换档杆套筒，该连杆机构包括驱动摆臂和驱动横杆，驱动摆臂一端固定连接在传动机构的输出端，驱动摆臂另一端通过球铰链与驱动横杆一端活动连接，驱动横杆另一端通过球铰链与换档杆套筒活动连接，换档杆套筒下端固定套设在换档杆上；以换档杆末端位置建立空间坐标系，S_1i、S_2i、S_1j、S_2j分别为两组连杆机构中驱动横杆与换档杆套筒之间的球铰链以及驱动摆臂与驱动横杆之间的球铰链，OP为换档杆，Ri、Rj为传动机构的输出端，其中驱动摆臂与传动机构的输出端之间竖直方向转角为θ_i和θ_j，步骤d中的换档路径规划包括：

d1、换档杆当前姿态解算：根据编码器采集到当前驱动摆臂转角θ_i和θ_j，代入公式 $\left(\begin{array}{c}{x}_{S_{2i}}\\ y_{S_{2i}}\\ z_{S_{2i}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{R_i}\\ y_{R_i}-\stackrel{\‾}{R_i{S}_{2i}}\sin {\mathrm{\θ}}_i\\ z_{R_i}-\stackrel{\‾}{R_i{S}_{2i}}\cos {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right)$ 和 $\left(\begin{array}{c}{x}_{S_{2j}}\\ y_{S_{2j}}\\ z_{S_{2j}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{R_j}\\ y_{R_j}-\stackrel{\‾}{R_j{S}_{2j}}\sin {\mathrm{\θ}}_j\\ z_{R_j}-\stackrel{\‾}{R_j{S}_{2j}}\cos {\mathrm{\θ}}_j\end{array}\right)$ 中得到S2i和S2j的空间坐标，并代入公式 ${(x_{S_{1i}}-x_{s_{2i}})}^2+{(y_{S_{1i}}-y_{s_{2i}})}^2+{(z_{S_{1i}}-z_{s_{2i}})}^2={\stackrel{\‾}{S_{1i}{S}_{2i}}}^2$ 和 ${(x_{S_{1j}}-x_{s_{2j}})}^2+{(y_{S_{1j}}-y_{S_{2j}})}^2+{(z_{S_{1j}}-z_{S_{2j}})}^2={\stackrel{\‾}{S_{1j}{S}_{2j}}}^2$ 可求得S1i、S1j的空间坐标，即可得到换档杆的空间姿态；

d2、结合换档杆的目标位置，查表得出换档路径；

d3、控制系统发送换档路径指令至换档电机驱动器，驱动两套驱动电机同时转动完成换档路径规划。

其中，所述设定换档转速为1500-3000r/min，所述设定起步转速为1500-2000r/min，所述安全离合转速为1500-2000r/min。

由以上技术方案可知，本发明采用空间并联四连杆机构组成换档机械手的换档装置，具有空间多个自由度，能够对变速箱进行高效率的换档操作；采用两组伺服电机作为驱动电机，驱动力矩大、定位精度高、控制方便灵活；整个换档机械手结构简单，安装快捷，能够安装在驾驶室内适应不同类型的车型和不同换档形式的车辆，不会占用驾驶员正常驾驶空间，不影响驾驶员正常驾驶工作。

附图说明

图1为本发明汽车换档机械手的结构示意图；

图2为本发明汽车换档机械手中的驱动装置和换档装置结构示意图，并示出了驱动装置中的传动机构；

图3为本发明汽车换档控制方法的流程图；

图4为本发明汽车换档控制方法中换档路径规划的原理图；

图5为汽车手动档换档面板在空间坐标系中示意图:；

图中：

100、固定装置，110、固定杆，120、安装支架，130、吸顶盘，200、夹持装置，210、环形夹持器，220、连接板，300、驱动装置，310、减速机，320、驱动电机，331、蜗杆，332、蜗轮，333、连接轴，400、换档装置，410、驱动摆臂，420、驱动横杆，430、换档杆套筒，431、手头

S_1i、S_1j为驱动横杆与换档杆套管连接处的球铰链，S_2i、S_2j为驱动摆臂与驱动横杆连接处的球铰链；OP为换档杆；R_i、R_j为传动机构的输出端；θ_i、θ_j为驱动摆臂与传动机构的输出端之间竖直方向转角。

具体实施方式

本发明提供一种汽车换档机械手，该换档机械手是基于空间并联的四连杆机构实现的，具有空间多个自由度，能够对变速箱进行高效率的换档操作，其在不影响驾驶员正常驾驶的条件下，在不对车辆车体改造的基础上，实现汽车自动换档动作。

如图1所示，所示换档机械手包括固定装置100、夹持装置200、驱动装置300、换档装置400和控制系统。

其中固定装置100包括竖直设置在车内的固定杆110，该固定杆具有可伸缩功能，根据不同的车型进行高度调节。固定杆下端设置有安装支架120，上端设置有吸顶盘130，其中安装支架可以设计成固定基座，也可以设计成固定安装架。

所述夹持装置200包括固定连接在一起的环形夹持器210和连接板220，环形夹持器用于夹持所述固定杆110，连接板用于固定所述驱动装置300，本实施例中连接板采用盒状结构，将驱动装置插入该连接板内，并用螺钉固定，这样可以实现在车体内无破坏安装换档机械手，该连接板也可以直接设置成一块安装板，通过螺栓将驱动装置固定在一起。夹持装置可以通过所述环形夹持器调节在固定杆上的位置来适应不同的车体。

如图2所示，所示驱动装置300包括减速机310和驱动电机320，驱动电机采用水平放置的两套伺服电机，减速机内设置有两组独立的传动机构，本实施例中，优选为蜗杆蜗轮减速箱，其传动机构包括相互啮合传动的蜗杆331和蜗轮332，其中蜗杆通过轴承与驱动电机的输出轴连接，蜗轮的端轴通过连接轴333与换档装置400固定连接。

所述换档装置400包括空间并联的两套连杆机构和一个换档杆套筒430，该连杆机构包括驱动摆臂410和驱动横杆420，其中驱动摆臂一端垂直固定连接在蜗轮端轴处的连接轴333上，驱动摆臂另一端通过球铰链S_2i、S_2j与驱动横杆一端活动连接，驱动横杆另一端通过球铰链S_1i、S_1j与换档杆套筒活动连接，两组所述驱动摆臂和驱动横杆之间形成空间并联四连杆机构，互相约束换档杆套筒位置，具有多个自由度，所述换档杆套筒下端固定套设在换档杆上，并用定位螺钉固定，两个驱动横杆之间的夹角θ为30°～90°。所述换档杆套筒430顶端设置有蘑菇状的手头431，设置该手头可用作手动换档，实现手自一体，而用于活动连接的球铰链S_1i、S_1j可以设置在换档杆套筒上，也可以设置在手头上。

所述驱动装置300和换档装置400共同组成两个独立的换档机械手驱动系统，两套连杆机构分别动作，通过驱动电机转向的不同组合，拉动换档杆实现换档。

空间并联四连杆机构机械手驱动原理描述如下：

两套驱动电机分别通过蜗杆蜗轮减速箱将扭矩传递至驱动摆臂，驱动摆臂通过球铰链与驱动横杆连接，两套驱动电机提供的扭矩大小值相等。换档包括挂档和选档，驱动电机转动方向发生变化时，驱动摆臂对驱动横杆的力方向也发生变化，当两个驱动摆臂同时向前摆动时，驱动摆臂对驱动横杆作用力的合力沿着驱动横杆向前传递到换档杆套筒上，推动换档杆向前运动，完成向前的挂档动作；当两个驱动摆臂同时向后摆动，对驱动横杆作用力的合力向后，通过驱动横杆拉动换档杆向后运动，完成向后的挂档动作；当两个驱动摆臂摆动方向相反时，由于驱动横杆间的夹角作用，对驱动横杆作用力的合力向左或向右，推动换档杆向左或向右运动，完成选档动作。

例如1档换2档，当换档杆在1档的挂档位置时，上位机发出指令，需要加速，完成挂2档的换档操作。首先通过控制系统判断此时发动机转速以及驱动摆臂的位置，并计算规划换档路径，驱动油门踏板减小油门开度，驱动离合踏板至合适位置，控制系统检测离合踏板位置是否满足换档要求，如果达到换档要求，则将换档路径指令发送给驱动电机，两套驱动电机同时转动，通过换档装置拉动换档杆向后运动至2档位置。将驱动摆臂位置信息实时传送给控制系统，控制系统判断是否到达指定位置，如果到达指定位置则完成一次挂档，否则将继续规划路径完成挂档任务。

本发明还提供一种汽车换档控制方法，实现该控制方法的装置包括控制系统、信号采集器和驱动器。所述控制系统为车载电脑，所述信号采集器包括用于采集发动机转速信号的转速传感器、用于采集油门位置信号的油门位置传感器、用于采集离合踏板位置信号的离合踏板位置传感器以及用于采集机械手位置信号的编码器，其中编码器固定在驱动电机末端。所述驱动器包括刹车踏板驱动电机驱动器、离合踏板驱动电机驱动器、油门踏板驱动电机驱动器和换档驱动电机驱动器，上述驱动器与控制系统通过CAN总线连接。

结合图3，所述汽车换档控制方法的步骤如下：

a、上位机发出换档指令至控制系统，控制系统同时接收转速传感器所传输的发动机转速信号、油门位置传感器所传输的油门位置信号、离合踏板位置传感器所传输的离合踏板位置信号以及编码器所传输的机械手位置信号，其中若发动机转速满足设定换档转速，则执行步骤b，若不满足则重新检测发动机转速。所述步骤a属于换档准备阶段，其中设定换档转速为1500-3000r/min。

b、控制系统将离合松开运动指令发送至离合驱动器，离合驱动器驱动离合踏板松开离合，同时控制系统检测离合踏板位置是否满足换档位置要求，若满足则执行步骤c，若不满足则重新检测离合踏板位置。

c、控制系统将油门运动指令发送至油门驱动器，油门驱动器驱动油门踏板改变油门开度，同时控制系统检测发动机转速是否满足设定起步转速，若满足则执行步骤d，若不满足则继续驱动油门踏板改变油门开度。所述设定起步转速为1500-2000r/min。

d、控制系统检测机械手位置并进行换档路径规划，并发送路径指令至换档驱动器，换档驱动器控制驱动电机带动机械手动作，进而拉动换档杆运动至需要的档位位置，控制系统判断机械手是否到达指定位置，若到达指定位置则执行e步骤，否则将继续进行换档路径规划。

所述步骤d属于换档路径规划阶段，将换档机械手模型简化如下，如图4所示，在换档杆末端位置建立空间坐标系O-XYZ，图中S_1i、S_2i、S_1j、S_2j为球铰链，OP为换档杆，R_i、R_j为传动机构的输出端，其中驱动摆臂与传动机构的输出端之间竖直方向转角为θ_i和θ_j。根据空间并联四杆机构的力封闭原理可知，步骤d中的换档路径规划具体包括：

d1、换档杆当前姿态解算：根据编码器采集到当前驱动摆臂转角θ_i和θ_j，代入公式 $\left(\begin{array}{c}{x}_{S_{2i}}\\ y_{S_{2i}}\\ z_{S_{2i}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{R_i}\\ y_{R_i}-\stackrel{\‾}{R_i{S}_{2i}}\sin {\mathrm{\θ}}_i\\ z_{R_i}-\stackrel{\‾}{R_i{S}_{2i}}\cos {\mathrm{\θ}}_i\end{array}\right)$ 和 $\left(\begin{array}{c}{x}_{S_{2j}}\\ y_{S_{2j}}\\ z_{S_{2j}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{R_j}\\ y_{R_j}-\stackrel{\‾}{R_j{S}_{2j}}\sin {\mathrm{\θ}}_j\\ z_{R_j}-\stackrel{\‾}{R_j{S}_{2j}}\cos {\mathrm{\θ}}_j\end{array}\right)$ 中得到S2i和S2j的空间坐标，并代入公式 ${(x_{S_{1i}}-x_{s_{2i}})}^2+{(y_{S_{1i}}-y_{s_{2i}})}^2+{(z_{S_{1i}}-z_{s_{2i}})}^2={\stackrel{\‾}{S_{1i}{S}_{2i}}}^2$ 和 ${(x_{S_{1j}}-x_{s_{2j}})}^2+{(y_{S_{1j}}-y_{S_{2j}})}^2+{(z_{S_{1j}}-z_{S_{2j}})}^2={\stackrel{\‾}{S_{1j}{S}_{2j}}}^2$ 可求得S_1i、S_1j的空间坐标，即可得到换档杆的空间姿态；

d2、结合换档杆的目标位置，查表得出换档路径；

d3、控制系统发送换档路径指令至换档电机驱动器，驱动两套驱动电机同时转动，完成换档路径规划。

e、控制系统检测发动机转速是否满足安全离合转速，若满足则执行步骤f，若不满足则延时后重新检测发动机转速。所述安全离合转速为1500-2000r/min，所述延时时间为0.5秒。

f、控制系统将离合闭合运动指令发送至离合驱动器，离合驱动器驱动离合踏板闭合离合，完成换档，等待下次上位机的换档信息。

所述步骤d2中查表得出换档路径，该查表的具体内容如下：

当换档杆处于图5中所示P点位置时，称此时为零点位置，此时驱动摆臂的转动角度θ_i＝0、θ_j＝0。两套驱动摆臂同时向前推动换档杆至最前端位置时，即达到图中所示3档位置时θ_i＝θ₁、θ_j＝θ₁，θ₁的大小和汽车平台有关，不同的汽车平台的手动档换档杆向前运动行程不同，驱动摆臂转动角度也不同，需要在安装时测试θ₁的大小。同理，两套驱动摆臂同时向后拉动换档杆至最后端位置时，即达到图5中所示4档位置时θ_i＝-θ₁、θ_j＝-θ₁。左边驱动摆臂向后运动，右边驱动摆臂向前运动,拉动换档杆至最左端，即达到图5中所示1档与2档中间位置时θ_i＝θ₂、θ_j＝-θ₂，θ₂的大小和汽车平台有关，不同的汽车平台的手动档换档杆向前运动行程不同，驱动摆臂转动角度也不同，需要在安装时测试θ₂的大小。同理，左边驱动摆臂向前运动，右边驱动摆臂向后运动拉动换档杆至最右端，即达到图5中所示5档与R档中间位置时θ_i＝-θ₂、θ_j＝θ₂。

当第一次安装换档机械手到新的汽车平台上时，调整固定装置使适应汽车内底盘到车顶高度，调整固定装置在车内的前后位置和换档机械手夹持装置在固定装置上的位置，使当换档杆位于图5中所示P点位置时，驱动摆臂摆动角度θ_i＝0、θ_j＝0，驱动横杆与汽车底盘平行，然后固定所述固定装置的高度位置和夹持装置在固定杆上的位置。手动推动换档杆至最前端位置，记录下驱动摆臂编码器此时转动角度即为θ_i＝θ₁、θ_j＝θ₁。再将换档杆推动至P点，恢复零点位置。手动推动换档杆至最左端，记录下驱动摆臂编码器此时的转动角度即为θ_i＝θ₂、θ_j＝-θ₂。通过这种示教学习的方式就可以获得到该种汽车平台下的换档杆的行程位置，并且得到了有效的驱动摆臂的转动角度信息。

所以对应每个档位，驱动摆臂的转角位置都是固定的，如表所示：

当需要换档时，对应的驱动摆臂位置相互做差运算即能得到驱动摆臂的运动轨迹，比如从1档换档至2档，2档的θ_i＝θ₂-θ₁减去1档的θ_i＝θ₂+θ₁得到θ_i＝-2θ₁，2档的θ_j＝-θ₂-θ₁减去θ_j＝-θ₂+θ₁得到θ_j＝-2θ₁，即两套驱动摆臂同时转动-2θ₁度。当从2档换档至3档时，3档的θ_i＝θ₁减去2档的θ_i＝θ₂-θ₁得到θ_i＝-θ₂+2θ₁，3档的θ_j＝θ₁减去2档的θ_j＝-θ₂-θ₁得到θ_j＝θ₂+2θ₁，即两套驱动摆臂先恢复到P点位置，再转动θ_i＝θ₁、θ_j＝θ₁，同理对于其他换档过程就不再一一赘述。在整个换档过程中，两套驱动电机的转动速度大小始终相等，电机的驱动转矩始终相等，仅改变了转动方向。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，包括固定装置(100)、夹持装置(200)、驱动装置(300)、换档装置(400)和控制系统，其特征在于，所述驱动装置(300)包括减速机(310)和驱动电机(320)，该减速机内设置有两组独立的传动机构，该传动机构的输入端与所述驱动电机转轴连接，传动机构的输出端与换档装置固定连接；所述换档装置(400)包括空间并联的两套连杆机构和一个换档杆套筒(430)，该连杆机构包括驱动摆臂(410)和驱动横杆(420)；所述驱动摆臂(410)一端固定连接在所述传动机构的输出端，驱动摆臂另一端通过球铰链与驱动横杆一端活动连接，驱动横杆另一端通过球铰链与换档杆套筒活动连接，两组所述驱动摆臂和驱动横杆之间形成空间并联四连杆机构，两个所述驱动横杆(420)之间的夹角θ为30°～90°，所述换档杆套筒(430)下端固定套设在换档杆上。

2.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述固定装置(100)包括竖直设置在车内可伸缩的固定杆(110)，该固定杆下端设置有安装支架(120)，固定杆上端设置有吸顶盘(130)。

3.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述夹持装置(200)包括用于夹持所述固定装置(100)的环形夹持器(210)和用于固定所述驱动装置的连接板(220)，环形夹持器与连接板固定连接形成一整体。

4.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述传动机构包括相互啮合传动的蜗杆(331)和蜗轮(332)，其中蜗杆通过轴承与驱动电机的输出轴连接，蜗轮的端轴通过连接轴(333)与驱动摆臂(410)垂直固定连接。

5.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述换档杆套筒(430)顶端设置有蘑菇状的手头(431)。

6.一种采用权利要求1所述换档机械手的汽车换档控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、上位机发出换档指令至控制系统，控制系统实时接收发动机转速信号、油门踏板位置信号、离合踏板位置信号以及机械手位置信号，若发动机转速满足设定换档转速，则执行步骤b，若不满足则重新检测发动机转速；

b、控制系统通过离合踏板驱动机构驱动离合踏板松开离合，同时控制系统检测离合踏板位置是否满足换档位置要求，若满足则执行步骤c，若不满足则重新检测离合踏板位置；

c、控制系统通过油门踏板驱动机构驱动油门踏板改变油门开度，同时检测发动机转速是否满足设定起步转速，若满足则执行步骤d，若不满足则继续驱动油门踏板改变油门开度；

d、控制系统检测机械手位置并进行换档路径规划，控制换档机械手拉动换档杆运动至需要档位位置，判断换档机械手是否到达指定位置，若是则执行e步骤，否则将继续进行换档路径规划；

e、控制系统检测发动机转速是否满足安全离合转速，若满足则执行步骤f，若不满足则延时后重新检测发动机转速；

f、控制系统通过离合驱动器驱动离合踏板闭合离合，完成换档；

所述换档机械手的换档装置包括空间并联的两套连杆机构和一个换档杆套筒，该连杆机构包括驱动摆臂和驱动横杆，驱动摆臂一端固定连接在传动机构的输出端，驱动摆臂另一端通过球铰链与驱动横杆一端活动连接，驱动横杆另一端通过球铰链与换档杆套筒活动连接，换档杆套筒下端固定套设在换档杆上；以换档杆末端位置建立空间坐标系，S_1i、S_2i、S_1j、S_2j分别为两组连杆机构中驱动横杆与换档杆套筒之间的球铰链以及驱动摆臂与驱动横杆之间的球铰链，OP为换档杆，Ri、Rj为传动机构的输出端，其中驱动摆臂与传动机构的输出端之间竖直方向转角为θ_i和θ_j，步骤d中的换档路径规划包括：

d1、换档杆当前姿态解算：根据编码器采集到当前驱动摆臂转角θ_i和θ_j，代入公式 $\left(\begin{array}{c}{x}_{S_{2i}}\\ y_{S_{2i}}\\ z_{S_{2i}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{R_i}\\ y_{R_i}-\stackrel{\‾}{R_i{S}_{2i}}{\mathrm{sin\θ}}_i\\ z_{R_i}-\stackrel{\‾}{R_i{S}_{2i}}{\mathrm{cos\θ}}_i\end{array}\right)$ 和 $\left(\begin{array}{c}{x}_{S_{2j}}\\ y_{S_{2j}}\\ z_{S_{2j}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{R_j}\\ y_{R_j}-\stackrel{\‾}{R_j{S}_{2j}}{\mathrm{sin\θ}}_j\\ z_{R_j}-\stackrel{\‾}{R_j{S}_{2j}}{\mathrm{cos\θ}}_j\end{array}\right)$ 中得到S2i和S2j的空间坐标，并代入公式 ${(x_{s_{1i}}-x_{s_{2i}})}^2+{(y_{s_{1i}}-y_{s_{2i}})}^2+{(z_{s_{1i}}-z_{s_{2i}})}^2={\stackrel{\‾}{s_{1i}{s}_{2i}}}^2$ 和 ${(x_{s_{1j}}-x_{s_{2j}})}^2+{(y_{s_{1j}}-y_{s_{2j}})}^2+{(z_{s_{1j}}-z_{s_{2j}})}^2={\stackrel{\‾}{s_{1j}{s}_{2j}}}^2$ 可求得S1i、S1j的空间坐标，即可得到换档杆的空间姿态；

d2、结合换档杆的目标位置，当需要换档时，对应的驱动摆臂位置相互做差运算能得到驱动摆臂的运动轨迹，即得出换档路径；

d3、控制系统发送换档路径指令至换档电机驱动器，驱动两套驱动电机同时转动完成换档路径规划。

7.根据权利要求6所述的汽车换档控制方法，其特征在于，所述设定换档转速为1500-3000r/min。

8.根据权利要求6所述的汽车换档控制方法，其特征在于，所述设定起步转速为1500-2000r/min。

9.根据权利要求6所述的汽车换档控制方法，其特征在于，所述安全离合转速为1500-2000r/min。