CN109094678B - 一种通用型无人驾驶机器人 - Google Patents

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许馨瑶
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Abstract

本发明公开了一种通用型无人驾驶机器人，包括箱体、三个并排设置的机械腿、换挡机械手、转向机械手；所述机械腿包括驱动机构、固定板、第一推杆、第二推杆、第三摆杆、第一固定座、第六连杆、第二连杆、踏板夹；驱动机构固定在箱体内部，且与固定板相连；固定板与第一推杆固连；第一推杆与第二推杆相连；第二推杆与第三摆杆相连；第三摆杆与第一固定座相连；第一固定座与箱体固连；第六连杆一端与第三摆杆相连，另一端与第二连杆相连；第二连杆下端与踏板夹相连；换挡机械手箱体上端，带动变速杆进行挂挡；转向机械手通过底板固定在箱体上，用以夹持方向盘；本发明机器人可适应大部分的驾驶室，且不需要改装驾驶室。

Description

一种通用型无人驾驶机器人
技术领域
本发明属于驾驶装置技术领域，特别是一种通用型无人驾驶机器人。
背景技术
近年来，随着车辆科技的发展，给生产生活带来了便利，同时，隐藏的安全问题和棘手的实施问题也始终存在。一方面，汽车的发展在带来便捷的同时也带来了安全隐患，因此，汽车在进入市场之前必须要进行严格的安全试验测试，而这种高强度的试验测试并不适合人类驾驶员操作，若将无人驾驶机器人应用于此，不仅可以保证驾驶员的生命安全，还能获得精确的数据结果。另一方面，在海湾港口，高温高危等环境下操作大型起重机时，应用无人驾驶机器人不仅可以防止驾驶人员受到外界伤害，还可以精确操作，减少工作失误。此外，在抗洪救灾、震后抢救以及军事领域等方面，可以通过无人驾驶机器人代替人类来操作车辆完成原来不能完成的艰巨任务。
中国专利CN 108032305A公开了一种用于汽车的无人驾驶机器人，包括了转向机械手、换挡机械手以及三条机械腿，其转向机械手采用反四边形高度调节结构，体积较大，且稳定性较差；其换挡机械手采用一直线旋转电机驱动，换挡和挂挡两个过程不独立，易受电机干扰，不利于控制；其机械腿只能进行长度的调节，不能适应大部分驾驶室；整个机器人整体体积过大，质量过重，不利于安装在大部分驾驶室内，且强度较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通用型无人驾驶机器人，用以为车辆与其他运行设备提供无人驾驶。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种通用型无人驾驶机器人，包括箱体、三个并排设置的机械腿、换挡机械手、转向机械手；所述机械腿包括驱动机构、固定板、第一推杆、第二推杆、第三摆杆、第一固定座、第一连杆、第二连杆、踏板夹；
所述驱动机构固定在箱体内部，且驱动机构与固定板一端相连，以驱动固定板前后运动；所述固定板另一端与第一推杆固连；所述第一推杆另一端通过销轴与第二推杆相连；所述第二推杆另一端通过销轴与第三摆杆相连；所述第三摆杆下端通过转轴与第一固定座相连；所述第一固定座与箱体固连；所述第一连杆一端与第三摆杆相连，另一端与第二连杆相连，所述第二连杆向下倾斜；所述第二连杆下端通过转动副与踏板夹相连；
所述换挡机械手包括第一步进电机、第一滑块、第一滑轨、第三连杆、第四连杆、第二摆杆、抓手、第二步进电机、第二滑块、第二滑轨、第五连杆、第六连杆；所述第一步进电机、第二步进电机、第一滑轨、第二滑轨均固定在箱体上端；所述第一步进电机与第一滑块相连；所述带动第一滑块沿第一滑轨前后运动；所述第一滑块内设有滑槽，所述第三连杆与第一滑块内的滑槽配合，可相对滑槽滑动，滑动方向垂直于第一滑块的滑动方向；所述第四连杆下端与第三连杆相连；所述第四连杆上端与第二摆杆后端通过销轴相连；所述第二摆杆前端与抓手相连；所述第二步进电机与第二滑块相连，第二步进电机带动第二滑块沿第二滑轨滑动，且滑动方向垂直于第一滑块；所述第五连杆与第二滑块相连；所述第六连杆下端与第五连杆相连；所述第六连杆上端通过销轴与第二摆杆中间相连；
所述转向机械手包括底板、支撑架、第三伺服电机、减速器、万向节、连接杆、夹爪；所述底板固定在箱体上，所述支撑架设置在底板上端；所述第三伺服电机固定支撑架上端；所述第三伺服电机与减速器相连；所述减速器通过万向节与连接杆后端相连，所述连接杆前端与夹爪相连，所述夹爪用以夹持方向盘。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明机器人结构更加紧凑，装置更加轻便，且能实现多方向尺寸的调节，以适应大部分的驾驶室，且不需要改装驾驶室。
(2)选挡和挂挡两个运动过程各自独立且与实际操作轨迹拟合度高，使得换挡过程更加精确，更加便捷，同时实现换挡过程的解耦，控制方便。
(3)换挡机械手运动原理简单，结构稳定，操作方便，受外界影响小，易于控制，结果准确。
(4)转向机械手使用三叉式球笼，在驾驶过程中遇到颠簸时，可以向内或向外滑移，以适应转向机械手到方向盘相对距离的变化。
(5)机械腿采用伺服电机驱动滚珠丝杆的方式带动机械腿，运行精确，控制方便，能通过控制电机转速，进而控制机械腿踩踏和收回的速度，适应不同踏板的工作情况。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明整机的侧视图。
图2为本发明整机的正视图。
图3为本发明整机的俯视图。
图4为离合器机械腿的侧视图。
图5为换挡机械手的结构示意图。
图6为换挡机械手的正视图。
图7为换挡机械手的俯视图。
图8为换挡机械手的侧视图。
图9为转向机械手的结构示意图。
图10为转向机械手的侧视图。
图11为转向机械手的正视图。
图12为转向机械手的俯视图。
图13为转向机械手高度调节结构的侧视图。
图14为离合器机械腿驱动结构的侧视图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1～图4，本发明的一种通用型无人驾驶机器人，包括箱体1、三个并排设置的机械腿、换挡机械手、转向机械手；所述机械腿包括驱动机构、固定板17、第一推杆14、第二推杆15、第三摆杆16、第一固定座19、第一连杆3、第二连杆4、踏板夹7；
结合图4，所述驱动机构固定在箱体1内部，且驱动机构与固定板17一端相连，以驱动固定板17前后运动；所述固定板17另一端与第一推杆14固连；所述第一推杆14另一端通过销轴与第二推杆15相连；所述第二推杆15另一端通过销轴与第三摆杆16相连；所述第三摆杆16下端通过转轴与第一固定座19相连；所述第一固定座19与箱体1固连；所述第一连杆3一端与第三摆杆16相连，另一端与第二连杆4相连，所述第二连杆4向下倾斜，以向驾驶室底部延伸；所述第二连杆4下端通过可限制转动角度的转动副与踏板夹7相连；所述踏板夹7可相对第二连杆4转动，以适应踏板的倾斜角度；
结合图5～图8，所述换挡机械手包括第一步进电机、第一滑块61、第一滑轨60、第三连杆65、第四连杆66、第二摆杆70、抓手72、第二步进电机、第二滑块63、第二滑轨62、第五连杆67、第六连杆68；所述第一步进电机、第二步进电机、第一滑轨60、第二滑轨62均固定在箱体1上端；所述第一步进电机与第一滑块61相连；所述带动第一滑块61沿第一滑轨60前后运动；所述第一滑块61内设有滑槽61-1，所述第三连杆65与第一滑块61内的滑槽61-1配合，可相对滑槽61-1滑动，滑动方向垂直于第一滑块61的滑动方向；所述第四连杆66下端与第三连杆65相连；所述第四连杆66上端与第二摆杆70后端通过销轴相连；所述第二摆杆70前端与抓手72相连；所述第二步进电机与第二滑块63相连，第二步进电机带动第二滑块63沿第二滑轨62滑动，且滑动方向垂直于第一滑块61；所述第五连杆67与第二滑块63相连；所述第六连杆68下端与第五连杆67相连；所述第六连杆68上端通过销轴第七连杆69相连，第七连杆69上端用过销轴与与第二摆杆70中间相连。所述第二步进电机带动第二滑块63左右移动，带动抓手72左右运行，抓手72带动变速杆进行选挡，所述第一步进电机带动第一滑块61前后滑动，从而带动抓手72前后运动，抓手72带动变速杆进行挂挡，重复运动进行换挡。
结合图9～图13，所述转向机械手包括底板73、支撑架88、第三伺服电机90、减速器91、万向节92、连接杆93、夹爪；所述底板73固定在箱体1上，所述支撑架88设置在底板73上端；所述第三伺服电机90固定支撑架88上端；所述第三伺服电机90与减速器91相连；所述减速器91通过万向节92与连接杆93后端相连，所述连接杆93前端与夹爪相连，所述夹爪用以夹持方向盘。
结合图4，进一步的，所述第一连杆3与第三摆杆16之间通过滑块机构相连，所述滑块机构包括滑槽2、第三滑块13；所述第三摆杆16上固定有滑槽2，所述第一连杆3与第三滑块13相连；所述第三滑块13可在滑槽2内滑动，滑动方向垂直于固定板17的运动方向，以调整踏板夹7的横向位置，以适应踏板的位置，便于适应不同驾驶室的踏板。所述第二连杆4为伸缩杆，可调整整个机械腿的长度，从而适应不同的座椅与踏板的相对高度。
在一些实施方式中，所述第二连杆4下端通过转轴与踏板夹7相连，所述第二连杆4下端设有限位块，以限定踏板夹7相对第二连杆4的转动角度。
在一些实施方式中，所述第二连杆4下端通过球铰链6与踏板夹7相连，所述踏板夹7可相对第二连杆4可相对转动，以适应踏板的不同方位。
作为一种实施方式，所述踏板夹7中间设有卡槽7-1，卡槽7-1套在踏板上，并通过螺钉拧入卡槽7-1内，将踏板夹7与踏板固定，保证连接牢靠，同时可使应不同厚度的踏板的固定。
结合图14，进一步的，所述驱动机构包括第一伺服电机8、第一联轴器9、第一滚珠丝杠11、第一丝母13；所述第一伺服电机8固定在箱体1内部，所述第一伺服电机8通过第一联轴器9与第一滚珠丝杠11相连；所述第一滚珠丝杠11两端分别通过轴承座支撑；所述第一丝母13与第一滚珠丝杠11配合，第一丝母13与固定板17一端相连。第一伺服电机8转动带动第一滚珠丝杠11转动，第一丝母13带动固定板17前后运动，从而带动整个机械腿踩动或松开踏板，通过控制滚珠丝杠11的转速从而实现机械腿速度的调节，达到了汽车启动和换挡过程中对离合器动作快慢的要求，降低换挡过程冲击，保证了汽车启动和换挡的平顺性。
结合图8，作为一种实施方式，所述抓手72底部相对的设置有一个固定板和一个滑动板，滑动板可相对固定板滑动，以适应不同尺寸的挡杆。通过固定板和滑动板将挡杆夹持在中间，然后通过紧固螺钉将固定板和滑动板与挡杆紧固。
进一步的，所述第四连杆66、第二摆杆70、第七连杆69均为长度可调节的伸缩杆，以调节换挡机械手的伸缩长度、伸缩高度，以适应不同的座椅与挡杆的相对位置。
结合图9-10，进一步的，所述转向机械手还包括位置调节机构，所述位置调节机构包括第一转盘80、第一丝杆79、滑动板74、第三滑轨89、第二转盘77、第二丝杆76、滑动箱75、高度调节机构；
所述底板73上端固定有第三滑轨89，所述滑动板74可在第三滑轨89上滑动，所述第二转盘77与第二丝杆76端部相连，所述第二丝杆76通过螺母与滑动板74相连；所述滑动板74上设有第四滑轨97，所述滑动箱75可在第四滑轨97上滑动，且滑动方向垂直于滑动板74滑动方向；所述滑动箱75的滑动方向为前后方向；所述滑动箱75上设有高度调节机构，高度调节机构上端与支撑架88相连，以调整支撑架88的高度；所述第二丝杆76、第一丝杆79两端均通过轴承座支撑。
结合图13，进一步的，所述高度调节机构包括第三转盘85、蜗杆83、蜗轮82、第三丝杆84、调节块87；所述第三转盘85设置在滑动箱75外部，所述第三丝杆84、调节块87均设置在滑动箱75内部，所述第三转盘85通过蜗轮82与第三丝杆84相连；所述第三丝杆84下端通过轴承座支撑在滑动箱75内部；所述第三丝杆84上端与调节块87通过轴承相连；所述调节块87外壁与滑动箱75内壁贴合，可沿滑动箱75上下滑动；滑动箱75对调节块87起导向作用。转动第三转盘85带动蜗杆83转动，蜗杆83带动蜗轮82转动，蜗轮82带动第三丝杆84转动，第三丝杆84带动调节块87上下移动，调节块87带动支撑架88上下移动，从而调整转向机械手的高度。通过第一转盘80、第二转盘77、第三转盘85可分别调整转向机械手的前后、左右和高度位置，从而适应不同的座椅与方向盘的位置。
结合图10-11，作为一种实施方式，所述夹爪包括转盘94、调节杆95、卡箍96；所述转盘94后端与连接杆93固连；所述转盘94前端均匀连接有三个调节杆95，所述卡箍96通过螺栓连接在连接杆95上，可调整卡箍96相对转盘94的中心距，从而适应不同尺寸的方向盘。优选的，所述万向节92采用球笼式万向节，在驾驶过程中遇到颠簸时，可以向内或向外滑移，以适应转向机械手到方向盘相对距离的变化。
本发明的通用型无人驾驶机器人，在不改装汽车驾驶室的情况下，通过调节转向机械手、换挡机械手和三个并排设置的机械腿来适应不同类型的驾驶室，实现无损安装。三个并排设置的机械腿分别控制离合器踏板、制动踏板和油门踏板，与换挡机械手和转向机械手相互配合，以实现启动、换挡、加速、稳速、减速、怠速、转向等工况。

Claims (10)

1.一种通用型无人驾驶机器人，其特征在于，包括箱体(1)、三个并排设置的机械腿、换挡机械手、转向机械手；所述机械腿包括驱动机构、固定板(17)、第一推杆(14)、第二推杆(15)、第三摆杆(16)、第一固定座(19)、第一连杆(3)、第二连杆(4)、踏板夹(7)；
所述驱动机构固定在箱体(1)内部，且驱动机构与固定板(17)一端相连，以驱动固定板(17)前后运动；所述固定板(17)另一端与第一推杆(14)固连；所述第一推杆(14)另一端通过销轴与第二推杆(15)相连；所述第二推杆(15)另一端通过销轴与第三摆杆(16)相连；所述第三摆杆(16)下端通过转轴与第一固定座(19)相连；所述第一固定座(19)与箱体(1)固连；所述第一连杆(3)一端与第三摆杆(16)相连，另一端与第二连杆(4)相连，所述第二连杆(4)向下倾斜；所述第二连杆(4)下端通过转动副与踏板夹(7)相连；
所述换挡机械手包括第一步进电机、第一滑块(61)、第一滑轨(60)、第三连杆(65)、第四连杆(66)、第二摆杆(70)、抓手(72)、第二步进电机、第二滑块(63)、第二滑轨(62)、第五连杆(67)、第六连杆(68)；所述第一步进电机、第二步进电机、第一滑轨(60)、第二滑轨(62)均固定在箱体(1)上端；所述第一步进电机与第一滑块(61)相连；带动所述第一滑块(61)沿第一滑轨(60)前后运动；所述第一滑块(61)内设有第一滑槽(61-1)，所述第三连杆(65)与第一滑块(61)内的第一滑槽(61-1)配合，可相对第一滑槽(61-1)滑动，滑动方向垂直于第一滑块(61)的滑动方向；所述第四连杆(66)下端与第三连杆(65)相连；所述第四连杆(66)上端与第二摆杆(70)后端通过销轴相连；所述第二摆杆(70)前端与抓手(72)相连；所述第二步进电机与第二滑块(63)相连，第二步进电机带动第二滑块(63)沿第二滑轨(62)滑动，且滑动方向垂直于第一滑块(61)；所述第五连杆(67)与第二滑块(63)相连；所述第六连杆(68)下端与第五连杆(67)相连；所述第六连杆(68)上端通过销轴与第七连杆(69)相连，第七连杆(69)上端通过销轴与第二摆杆(70)中间相连；
所述转向机械手包括底板(73)、支撑架(88)、第三伺服电机(90)、减速器(91)、万向节(92)、连接杆(93)、夹爪；所述底板(73)固定在箱体(1)上，所述支撑架(88)设置在底板(73)上端；所述第三伺服电机(90)固定支撑架(88)上端；所述第三伺服电机(90)与减速器(91)相连；所述减速器(91)通过万向节(92)与连接杆(93)后端相连，所述连接杆(93)前端与夹爪相连，所述夹爪用以夹持方向盘。
2.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述第一连杆(3)与第三摆杆(16)之间通过滑块机构相连，所述滑块机构包括第二滑槽(2)、第三滑块(13)；所述第三摆杆(16)上固定有第二滑槽(2)，所述第一连杆(3)与第三滑块(13)相连；所述第三滑块(13)可在第二滑槽(2)内滑动，滑动方向垂直于固定板(17)的运动方向，以调整踏板夹(7)的横向位置；所述第二连杆(4)为伸缩杆。
3.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述第二连杆(4)下端通过转轴与踏板夹(7)相连，所述第二连杆(4)下端设有限位块，以限定踏板夹(7)相对第二连杆(4)的转动角度。
4.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述第二连杆(4)下端通过球铰链(6)与踏板夹(7)相连。
5.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述踏板夹(7)中间设有卡槽(7-1)，卡槽(7-1)套在踏板上。
6.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述驱动机构包括第一伺服电机(8)、第一联轴器(9)、第一滚珠丝杠(11)、第一丝母(113)；所述第一伺服电机(8)固定在箱体(1)内部，所述第一伺服电机(8)通过第一联轴器(9)与第一滚珠丝杠(11)相连；所述第一滚珠丝杠(11)两端分别通过轴承座支撑；所述第一丝母(113)与第一滚珠丝杠(11)配合，第一丝母(113)与固定板(17)一端相连；第一伺服电机(8)转动带动第一滚珠丝杠(11)转动，第一丝母(113)带动固定板(17)前后运动，从而带动整个机械腿踩动或松开踏板。
7.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述第四连杆(66)、第二摆杆(70)、第七连杆(69)均为长度可调节的伸缩杆。
8.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述转向机械手还包括位置调节机构，所述位置调节机构包括第一转盘(80)、第一丝杆(79)、滑动板(74)、第三滑轨(89)、第二转盘(77)、第二丝杆(76)、滑动箱(75)、高度调节机构；
所述底板(73)上端固定有第三滑轨(89)，所述滑动板(74)可在第三滑轨(89)上滑动，所述第二转盘(77)与第二丝杆(76)端部相连，所述第二丝杆(76)通过螺母与滑动板(74)相连；所述滑动板(74)上设有第四滑轨(97)，所述滑动箱(75)可在第四滑轨(97)上滑动，且滑动方向垂直于滑动板(74)滑动方向；所述滑动箱(75)的滑动方向为前后方向；所述滑动箱(75)上设有高度调节机构，高度调节机构上端与支撑架(88)相连，以调整支撑架(88)的高度；所述第二丝杆(76)、第一丝杆(79)两端均通过轴承座支撑。
9.根据权利要求8所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述高度调节机构包括第三转盘(85)、蜗杆(83)、蜗轮(82)、第三丝杆(84)、调节块(87)；所述第三转盘(85)设置在滑动箱(75)外部，所述第三丝杆(84)、调节块(87)均设置在滑动箱(75)内部，所述第三转盘(85)通过蜗轮(82)与第三丝杆(84)相连；所述第三丝杆(84)下端通过轴承座支撑在滑动箱(75)内部；所述第三丝杆(84)上端与调节块(87)通过轴承相连；所述调节块(87)外壁与滑动箱(75)内壁贴合，可沿滑动箱(75)上下滑动；滑动箱(75)对调节块(87)起导向作用；转动第三转盘(85)带动蜗杆(83)转动，蜗杆(83)带动蜗轮(82)转动，蜗轮(82)带动第三丝杆(84)转动，第三丝杆(84)带动调节块(87)上下移动，调节块(87)带动支撑架(88)上下移动。
10.根据权利要求1所述的通用型无人驾驶机器人，其特征在于，所述夹爪包括转盘(94)、调节杆(95)、卡箍(96)；所述转盘(94)后端与连接杆(93)固连；所述转盘(94)前端均匀连接有三个调节杆(95)，所述卡箍(96)通过螺栓连接在调节杆(95)上，可调整卡箍(96)相对转盘(94)的中心距。
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