CN105806629B - 基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手，包括机箱、驱动装置、七连杆双自由度闭链机构和换挡手柄夹持装置，驱动装置设置在机箱内，七连杆双自由度闭链机构的两个输入端分别与驱动装置连接，换挡手柄夹持装置设置在机箱外，且与七连杆双自由度闭链机构的输出端连接。本发明在重复性高、持续时间长、安全性未能得到充分保障的汽车试验中，可以完全代替人类驾驶员进行汽车试验，并且能够使得实验结果更加精确、客观。

Description

基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手

技术领域

本发明属于汽车试验自动驾驶技术，具体涉及一种基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手。

背景技术

近年来，随着汽车越来越多的走入寻常人家，汽车安全问题成为社会的普遍共识，同时随着汽车保有量的不断增加，汽车尾气中的有害物质造成了环境污染问题，严重影响人们的生活品质。因此，在一款汽车进入市场前，必须对其进行严格的安全测试及重复循环的排放测试。显而易见，在这样的试验环境及条件下，并不适合驾驶员进行试验，首先会对驾驶员的身体造成一定伤害，其次，重复试验条件下，驾驶员的操作会产生较大的误差。因此，应用驾驶机器人于汽车试验中，可以提高试验效率，提高试验精度。

国外对汽车驾驶机器人的研究已经进行了很多年，其技术已然成熟，应用十分广泛，但是国外公司对自己产品的技术资料严格保密，不对外公布。比较著名的有美国FroudeConsine、Kairos，日本Horiba、Autopilot、Nissan Motor、Onosokki、Automax，德国Schenck、Stable、Witt，英国Mira、ABD等。

国内于二十世纪九十年代中期开始进行驾驶机器人的研究工作，起步相对较晚，主要是一些汽车研究机构和高等院校，最具代表性的是东南大学与南京汽车研究所研制的DNC系列驾驶机器人，这是我国首个具有自主产权的驾驶机器人。近年来，南京理工大学、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、太原理工大学、中国汽车技术研究中心等高校和研究机构也相继开始研究车辆自动驾驶机器人。

目前驾驶机器人机械手的驱动方式主要有以下几种：

中国专利200420027440.8公开了一种七连杆双自由度闭链换档机械手，其换挡机械手使用两个气缸作为驱动，优点是结构简单，柔性好，缺点在于需要气源，增加了系统结构及重量，同时由于气体压缩性比较大，造成精度低。

中国专利201410797965.8公开了一种汽车同步器试验台换挡机械手及其控制装置，其换挡机械手采用“电机+气缸”作为驱动，通过伺服电机完成选挡动作，气缸完成挂档动作，操作简单，可模拟人手的换挡效果，其缺点在于将气缸倾斜布置在选挡轴和换挡摇臂之间，造成系统震动较大，影响换挡效果，同时稳定性差。

中国专利CN 102393308 B公开了一种用于汽车试验的驾驶机器人，其换挡机械手采用“伺服电机+伺服电机”作为驱动，分别完成选换挡操作。此换挡机械手可适应不同类型，不同换挡形式的车辆，但是由于两个电机采用垂直分布方式，造成系统结构不紧凑，占用空间比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手，在重复性高、持续时间长、安全性未能得到充分保障的汽车试验中，本发明可以完全代替人类驾驶员进行汽车试验，并且能够使得实验结果更加精确、客观。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手，包括机箱、驱动装置、七连杆双自由度闭链机构和换挡手柄夹持装置，驱动装置设置在机箱内，七连杆双自由度闭链机构的两个输入端分别与驱动装置连接，换挡手柄夹持装置设置在机箱外，且与七连杆双自由度闭链机构的输出端连接。

所述驱动装置包括二自由度电磁执行器、花键轴、第一齿轮、第二齿轮、丝杠、两个旋转套管、两个内套管和两个轴承座；其中旋转套管一端套在内套管的一端，内套管的另一端通过轴承座固定在机箱上，两个旋转套管平行且位于同一个平面；一个旋转套管的另一端与第一齿轮固连，花键轴一端穿过第一齿轮中心伸入内套管，另一端通过联轴器与二自由度电磁执行器的一端连接，二自由度电磁执行器的另一端与七连杆双自由度闭链机构的一个输入端铰接；另一个旋转套管的另一端与第二齿轮固连，第二齿轮与第一齿轮啮合，丝杠一端穿过第二齿轮中心伸入内套管，第二齿轮与丝杠的滚珠丝杠副螺母固连，丝杠设有轴承的一端与七连杆双自由度闭链机构另一个输入端铰接。

所述夹持装置包括第一夹紧座框、夹紧块、第二夹紧座框和固定手柄；第二夹紧座框为U型，第一夹紧座框为方形盒体，底面无端盖，第二夹紧座框套在第一夹紧座框的外侧壁，两个固定手柄设置在第一夹紧座框上相邻的两个侧壁，固定手柄穿过第二夹紧座框和第一夹紧座框与夹紧块固定，第一夹紧座框顶部与七连杆双自由度闭链机构输出端固连。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）取代现有汽车试验用驾驶机器人换挡机械手普遍使用两个驱动元件的基本现状，使用一个二自由度电磁执行器作为驱动元件即可完成选档与换挡动作，能够使系统质量更轻。

（2）使用一个二自由度电磁执行器作为驱动元件，可以减少中间动力传输路径，精简系统结构，提高换挡精度。

（3）通过对换挡手柄夹持装置的改良，可以适应不同车型的换挡手柄球头。

附图说明

图1为本发明基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手的整体结构示意图。

图2为本发明基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手的驱动装置示意图。

图3为本发明基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手的七连杆双自由度闭链机构示意图.

图4为本发明基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手的换挡手柄夹持装置主视图。

图5为本发明基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手的换挡手柄夹持装置底面视角示意图。

图6为本发明图1中的A—A截面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1~图6，一种基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手，包括机箱7、驱动装置、七连杆双自由度闭链机构16和换挡手柄夹持装置，驱动装置设置在机箱7内，七连杆双自由度闭链机构16的两个输入端分别与驱动装置连接，换挡手柄夹持装置设置在机箱7外，且与七连杆双自由度闭链机构16的输出端连接。

结合图3，七连杆双自由度闭链机构16（在专利200420027440.8中已公开），包括两个输入端即第一摇杆端17与第二摇杆端18，一个输出端即弯形杆球头杆端轴承11，第一摇杆端17与第二摇杆端18一端分别通过基座固定在机箱7上。

结合图2和图6，所述驱动装置包括二自由度电磁执行器1、花键轴2、第一齿轮3、第二齿轮8、滚珠丝杠副螺母9、丝杠10、两个旋转套管4、两个内套管5和两个轴承座6。其中旋转套管4一端套在内套管5的一端，内套管5的另一端通过轴承座6固定在机箱7上，两个旋转套管4平行且位于同一个平面。一个旋转套管4的另一端与第一齿轮3固连，花键轴2一端穿过第一齿轮3中心伸入内套管5，另一端通过联轴器与二自由度电磁执行器1的一端连接，二自由度电磁执行器1的另一端与七连杆双自由度闭链机构16的第一摇杆端17通过Y型接头铰接。另一个旋转套管4的另一端与第二齿轮8固连，第二齿轮8与第一齿轮3啮合，丝杠10一端穿过第二齿轮8中心伸入内套管5，第二齿轮8与丝杠10的滚珠丝杠副螺母9固连，丝杠10设有轴承的一端通过Y型接头与第二摇杆端18铰接。

结合图4和图5，所述夹持装置包括第一夹紧座框12、夹紧块13、第二夹紧座框14和固定手柄19。第二夹紧座框14为U型，第一夹紧座框12为方形盒体，底面无端盖，第二夹紧座框14套在第一夹紧座框12的外侧壁（除了顶面和底面）。两个固定手柄19设置在第一夹紧座框12相邻的两个侧壁，固定手柄19穿过第二夹紧座框14和第一夹紧座框12与夹紧块13固定。第一夹紧座框12顶部与弯形杆球头杆端轴承11固连。

工作原理如下：

控制二自由度电磁执行器1输出直线运动，推动与二自由度电磁执行器1铰接的第一摇杆17，从而驱动七连杆双自由度闭链机构16做纵向运动，实现挂挡动作。控制二自由度电磁执行器1输出旋转运动，通过与之相连的花键轴2，将动力传递给与花键轴2相啮合的第一齿轮3，由于第二齿轮8与第一齿轮3啮合，与滚珠丝杠螺母9固连，可以实现将二自由度电磁执行器1输出的旋转运动转化为丝杠10的直线运动，推动与丝杠10相连的第二摇杆18，从而驱动七连杆双自由度闭链机构16做横向运动，实现选挡动作。通过调节固定手柄19的位置，进而可以调节夹紧座框内部空间，以适应不同车型的换挡手柄球头大小。本发明具有结构简单、调节方便、系统质量轻、机械解耦等优点。

Claims (1)

1.一种基于二自由度电磁执行器驱动的驾驶机器人换挡机械手，其特征在于：包括机箱（7）、驱动装置、七连杆双自由度闭链机构（16）和换挡手柄夹持装置，驱动装置设置在机箱（7）内，七连杆双自由度闭链机构（16）的两个输入端分别与驱动装置连接，换挡手柄夹持装置设置在机箱（7）外，且与七连杆双自由度闭链机构（16）的输出端连接；

所述驱动装置包括二自由度电磁执行器（1）、花键轴（2）、第一齿轮（3）、第二齿轮（8）、丝杠（10）、两个旋转套管（4）、两个内套管（5）和两个轴承座（6）；其中旋转套管（4）一端套在内套管（5）的一端，内套管（5）的另一端通过轴承座（6）固定在机箱（7）上，两个旋转套管（4）平行且位于同一个平面；一个旋转套管（4）的另一端与第一齿轮（3）固连，花键轴（2）一端穿过第一齿轮（3）中心伸入内套管（5），另一端通过联轴器与二自由度电磁执行器（1）的一端连接，二自由度电磁执行器（1）的另一端与七连杆双自由度闭链机构（16）的一个输入端铰接；另一个旋转套管（4）的另一端与第二齿轮（8）固连，第二齿轮（8）与第一齿轮（3）啮合，丝杠（10）一端穿过第二齿轮（8）中心伸入内套管（5），第二齿轮（8）与丝杠（10）的滚珠丝杠副螺母（9）固连，丝杠（10）设有轴承的一端与七连杆双自由度闭链机构（16）另一个输入端铰接；

所述夹持装置包括第一夹紧座框（12）、夹紧块（13）、第二夹紧座框（14）和固定手柄（19）；第二夹紧座框（14）为U型，第一夹紧座框（12）为方形盒体，底面无端盖，第二夹紧座框（14）套在第一夹紧座框（12）的外侧壁，两个固定手柄（19）设置在第一夹紧座框（12）上相邻的两个侧壁，固定手柄（19）穿过第二夹紧座框（14）和第一夹紧座框（12）与夹紧块（13）固定，两个固定手柄（19）的末端分别固连一个夹紧块（13），第一夹紧座框（12）的顶部与七连杆双自由度闭链机构（16）输出端固连。