CN110455553B - 一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人，包括有油门踏板操纵机构、制动踏板操纵机构和方向盘操纵机构，其中油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构并列装配在主驾驶的地板上，方向盘操纵机构设在油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构的上方，方向盘操纵机构前端套设在原车方向盘上，方向盘操纵机构后端固定在主驾驶室内，油门踏板操纵机构还连接有辅助油门踏板操纵机构，制动踏板操纵机构连接有辅助制动踏板操纵机构。有益效果：针对不同车辆制动和油门踏板的间距不同可做出调整，提高了机构的通用性。为车辆试验的安全和效率提供了有力保证。

Description

一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人

技术领域

本发明涉及一种驾驶机器人，特别涉及一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人。

背景技术

目前，相关汽车在研发过程当中，必然会对汽车进行大量的试验和测试，而各种支持汽车试验和测试装备就成了重中之重。

例如针对整车的经济型、耐久性、排放性试验以及针对某些零部件在整车上运行情况的可靠性试验等，均属于重复性强、耗费时间长且工作环境恶劣的项目。试验人员在难以忍受的恶劣环境中，长时间重复操作，很难保证每个循环操作的一致性，甚至由于疏忽产生错误操作，最终导致试验结果的不可靠。针对这类试验，驾驶机器人应运而生，机器人在控制算法得当的情况下能够保证每次操作的准确无误，同时不会有人类的情绪波动和疲劳问题，因此，利用自动驾驶机器人替代人类测试员进行各种繁琐重复和危险性大的汽车试验逐渐成为各大汽车厂的主要测试手段。

除了服务于民用汽车的试验之外，在智能驾驶领域，为应对线控系统尚未普及而改装传统汽车费时费力的情况下，驾驶机器人凭借其安装简单，控制方便的特点大大降低了改装传统汽车的难度，使传统汽车能够转变为智能驾驶平台，投入到功能测试当中去，减少成本的同时提高了测试的安全性，因此汽车驾驶机器人是现阶段实现汽车智能驾驶蓝图畅想的一个比较理想的解决方案。

专利授权号CN 108032305 B，名称为“一种用于汽车的无人驾驶机器人”的专利公开了一种包括转向机械手、换挡机械手机箱、换挡机械手控制结构、换挡机械手、三条机械腿、三条机械腿控制结构和机械腿机箱等的驾驶机器人。机械腿机箱顶部与换挡机械手机箱底部固连，转向机械手固定在换挡机械手机箱顶部。其中机械腿由直线电机驱动，通过所设计的连杆机构传力，三个机械腿可沿所设计横向滑道滑动以适应不同车型的踏板位置；换挡机械手通过电机带动所设的连杆机构实现换挡；转向机械手置于以升降台上以适应不同车型的方向盘位置，方向盘夹具与驱动电机通过十字轴式万向节连接。

专利授权号CN 102435442 B，名称为“一种用于车辆道路试验的自动驾驶机器人”的专利所公开的驾驶控制单元包括两条通过竖直安放的滚珠丝杠机构驱动的机械腿，一个通过水平安放的滚珠丝杠机构驱动的换挡机械手和一个与方向盘直接相连的转向操纵机构。其机械腿和转向操纵机构同样具有一定程度的调节功能，以便适应不同位置的踏板和方向盘。

上述两个专利的执行机构整合在一起放于主驾驶座椅上，优势在于设计空间较大，设计难度低，但是却侵占了人类驾驶员的乘坐空间，无法保证人类驾驶员能够及时介入控制车辆，存在安全隐患。并且上述两专利并没有提出有效的装置固定方式，在试验测试过程中若遇到颠簸等容易使驱动装置与车辆踏板等相对位置发生窜动，影响控制精度。

专利授权号CN 103913314B，名称为“一种汽车自动驾驶机器人”的专利公开了一种人类驾驶员可以快速介入车辆控制且机械结构简单的自动驾驶机器人，其油门和制动踏板执行器、转向执行器为分离式设计。两个踏板执行器设计思路相同，通过电磁铁固定的电动缸推动与原车踏板焊接的踏板挡板控制油门与制动踏板，当需要驾驶员介入时，电磁铁失电，电动缸被固定在其尾部的回位弹簧拉回，不再推动踏板挡板，从而转换为人类驾驶员控制。

该专利虽然一定程度上解决了人类驾驶员介入的问题，但会导致人类驾驶员介入后踏板机构需要重新标定装配，影响整个测试试验的效率，并且其所用的驱动装置控制精度不高。

专利授权号CN 108572576 B，名称为“人机共驾及无人驾驶技术及测试用车载外接驾驶机器人”的专利公开了一种线控系统，通过传感器和电动缸等实现人机共驾和无人驾驶两种模式的转换，在人机共驾模式下可实现人类驾驶员的无缝介入。但是整套机构结构复杂，并且占用空间大，不利于人类驾驶员的操控。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述专利的技术方案中存在的机构复杂、占用空间大以及不利于人类驾驶员快速介入、快速退出和试验测试安全难以保证等诸多问题而提供的一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人。

本发明提供的可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人包括有油门踏板操纵机构、制动踏板操纵机构和方向盘操纵机构，其中油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构并列装配在主驾驶的地板上，方向盘操纵机构设在油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构的上方，方向盘操纵机构前端套设在原车方向盘上，方向盘操纵机构后端固定在主驾驶室内，油门踏板操纵机构还连接有辅助油门踏板操纵机构，制动踏板操纵机构连接有辅助制动踏板操纵机构。

油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构结构相同，均包括有底座、第一电机、丝杠和推杆，其中底座装配在第一滑道上，底座能够沿第一滑道进行滑动，第一电机和丝杠设在底座上，第一电机的输出轴与丝杠连接，第一电机的输出轴与丝杠之间装配有联轴器，第一电机驱使丝杠进行转动，丝杠上螺接有螺母，丝杠的转动能够使螺母在丝杠上进行移动，推杆的前端铰接在螺母上，推杆的后端铰接在油门踏板或制动踏板下部的下夹具上，推杆和螺母同步移动，油门踏板或制动踏板上部的上夹具和油门踏板或制动踏板下部的下夹具中穿设有调节螺杆，通过调节螺杆能够调整上夹具和下夹具之间的距离，上夹具的上部和下夹具下部开设有横向排列的通孔，夹紧块可根据不同车辆中踏板的宽度安装在不同的通孔中。

第一电机为无刷直流电机。

辅助油门踏板操纵机构包括有辅助油门踏板、支座、滑块、第二滑道、连接杆和传力板，其中辅助油门踏板的下部铰接在支座上，滑块装配在第二滑道上并能沿第二滑道进行滑动，连接杆的上端铰接在辅助油门踏板的上部，连接杆的下端铰接在滑块上，传力板的一端固定在滑块的一侧，传力板的另一端与油门踏板操纵机构的底座相连接，通过传力板能够使辅助油门踏板操纵机构和油门踏板操纵机构进行联动。

辅助制动踏板操纵机构包括有辅助制动踏板、固定板和支架，其中固定板的一端固定在辅助制动踏板的顶端，固定板的另一端固连在支架的一侧，支架固定在制动踏板操纵机构的底座上，辅助制动踏板的形状为直角梯形，固定板的下部装配有加强肋，通过支架能够使辅助制动踏板操纵机构和制动踏板操纵机构进行联动。

方向盘操纵机构包括第二电机、电磁离合器和固定架，其中第二电机装配在一壳体内，电磁离合器固定在壳体的一端，第二电机和电磁离合器相连接并控制电磁离合器的工作，第二电机和电磁离合器之间还设置有减速机，电磁离合器与固定架之间通过法兰盘进行连接，固定架由三个固定板组成，相邻固定板之间的夹角为120°，每个固定板的顶端均固连有滑杆，滑杆上套设有固定块，固定块能够在滑杆上进行滑动，固定块上装配有V型夹具，原车方向盘卡设在V型夹具内，V型夹具的顶端还设置有压板，滑杆的顶端还设置有限位夹，壳体的外侧壁上铰接有支撑杆，支撑杆的头端铰接有吸盘，吸盘能够吸附在车辆的前车窗玻璃或车门窗的玻璃上，通过支撑杆和吸盘能够对方向盘操纵机构进行进一步的固定。

第二电机为无刷直流电机。

上述的第一电机、第二电机、电磁离合器和减速机均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

本发明提供的可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人的具体工作过程如下所述：

油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构的工作过程：第一电机的输出轴通过联轴器带动丝杠转动。随着丝杠的顺时针旋转，与丝杠相螺接的螺母沿丝杠的轴线向前移动。随着螺母的移动，动力通过推杆传递到下夹具上，进而得到踩踏油门踏板或制动踏板的效果。若第一电机逆时针旋转便可实现螺母的向后移动，进而得到松开油门踏板或制动踏板的效果。

当需要驾驶员介入油门控制时的操作过程：驾驶员踩踏辅助油门踏板，便可通过连接杆将踩踏踏板的力传递给滑块并使其在第二滑道上滑动。此时滑块的直线运动便可通过传力板传递到油门踏板操纵机构的上层部分，上层部分的运动经推杆传递到油门踏板上，达到踩踏踏板的目的。

当需要驾驶员介入制动控制时的操作过程：驾驶员踩踏辅助制动踏板，由于辅助制动踏板与固定板、支架和制动踏板操纵机构的上层部分刚性连接，踩踏踏板的力和位移便可直接通过推杆传递到制动踏板上，达到控制制动踏板的作用。

方向盘操纵机构的具体工作过程：第二电机的输出轴通过减速机减速增扭后通过其输出轴输出。在正常工作过程中，电磁离合器两部分得电吸合，通过吸合基础面的摩擦力矩，减速机的输出力矩传递给固定架。固定架通过夹具夹紧原车方向盘，传递给固定架的力矩最终作用到原车方向盘上，驱动汽车转向。

当需要驾驶员介入方向盘控制时的操作过程：直接使电磁离合器失电，从而使人类驾驶员用一个较小的驱动力矩转动原车方向盘。当情况紧急时，由于电磁离合器能够驱动的转向力矩有限，当驾驶员施加大于电磁离合器额定力矩的力矩后，原车方向盘便可直接受人类驾驶员驱动。

本发明的有益效果：

本发明的踏板操纵部分采用了控制精度和传动效率均较高的精密滚珠丝杠机构，并未使用复杂的连杆和传动装置，实现了高效率的运行并使得机构复杂性大大降低。整套踏板操纵机构平铺在主驾驶室地板上，并未占用驾驶员座椅空间，使得空间利用率大大提高。制动踏板操纵机构和油门踏板操纵机构采用分体式设计，针对不同车辆制动和油门踏板的间距不同可做出调整，提高了机构的通用性。

本发明的方向盘操纵部分直接通过原车方向盘、车门玻璃和风挡玻璃固定，并未占用驾驶员座椅空间，实现了空间利用率的优化，夹具部分能够实现对不同直径大小和粗细程度方向盘的适应，提高了机构的通用性。

本发明所设计的辅助油门踏板操纵机构、辅助制动踏板操纵机构结构以及带有电磁离合器的方向盘操纵机构能够实现车辆自动控制的过程中驾驶员随时接入踏板和方向盘控制，既能够实现在紧急情况下的人为车辆控制以避免发生危险，又能够保留了人类驾驶员驾驶汽车的能力。为车辆试验的安全和效率提供了有力保证。

附图说明

图1为本发明所述驾驶机器人整体结构示意图。

图2为本发明所述油门踏板操纵机构或制动踏板操纵机构结构示意图。

图3为本发明所述油门踏板或制动踏板上的上夹具和下夹具结构示意图。

图4为本发明所述辅助油门踏板操纵机构结构示意图。

图5为本发明所述辅助制动踏板操纵机构结构示意图。

图6为本发明所述方向盘操纵机构结构示意图。

图7为本发明所述壳体内结构分解示意图。

上图中的标注如下：

1、油门踏板操纵机构 2、制动踏板操纵机构 3、方向盘操纵机构 4、原车方向盘5、辅助油门踏板操纵机构 6、辅助制动踏板操纵机构 7、底座 8、第一电机 9、丝杠 10、推杆 11、第一滑道 12、联轴器 13、螺母 14、夹紧块 15、油门踏板 16、制动踏板 17、上夹具18、下夹具 19、调节螺杆 20、辅助油门踏板 21、支座 22、滑块 23、第二滑道 24、连接杆25、传力板 26、辅助制动踏板 27、固定板 28、支架 29、第二电机 30、电磁离合器 31、固定架 32、壳体 33、减速机 34、滑杆 35、固定块 36、V型夹具 37、压板 38、限位夹 39、支撑杆40、吸盘。

具体实施方式

请参阅图1至图7所示：

本发明提供的可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人包括有油门踏板操纵机构1、制动踏板操纵机构2和方向盘操纵机构3，其中油门踏板操纵机构1和制动踏板操纵机构2并列装配在主驾驶的地板上，方向盘操纵机构3设在油门踏板操纵机构1和制动踏板操纵机构2的上方，方向盘操纵机构3前端套设在原车方向盘4上，方向盘操纵机构3后端固定在主驾驶室内，油门踏板操纵机构1还连接有辅助油门踏板操纵机构5，制动踏板操纵机构2连接有辅助制动踏板操纵机构6。

油门踏板操纵机构1和制动踏板操纵机构2结构相同，均包括有底座7、第一电机8、丝杠9和推杆10，其中底座7装配在第一滑道11上，底座7能够沿第一滑道11进行滑动，第一电机8和丝杠9设在底座7上，第一电机8的输出轴与丝杠9连接，第一电机8的输出轴与丝杠之间装配有联轴器12，第一电机8驱使丝杠9进行转动，丝杠9上螺接有螺母13，丝杠9的转动能够使螺母13在丝杠9上进行移动，推杆10的前端铰接在螺母13上，推杆10的后端铰接在在油门踏板15或制动踏板16下部的下夹具18上，推杆10和螺母13同步移动，油门踏板15或制动踏板16上部的上夹具17和油门踏板或制动踏板下部的下夹具18中穿设有调节螺杆19，通过调节螺杆19能够调整上夹具17和下夹具18之间的距离，上夹具17的上部和下夹具18下部开设有横向排列的通孔，夹紧块14可根据不同车辆中踏板的宽度安装在不同的通孔中。

第一电机8为无刷直流电机。

辅助油门踏板操纵机构5包括有辅助油门踏板20、支座21、滑块22、第二滑道23、连接杆24和传力板25，其中辅助油门踏板20的下部铰接在支座21上，滑块22装配在第二滑道23上并能沿第二滑道23进行滑动，连接杆24的上端铰接在辅助油门踏板20的上部，连接杆24的下端铰接在滑块22上，传力板25的一端固定在滑块22的一侧，传力板25的另一端与油门踏板操纵机构1的底座7相连接，通过传力板25能够使辅助油门踏板操纵机构5和油门踏板操纵机构1进行联动。

辅助制动踏板操纵机构6包括有辅助制动踏板26、固定板27和支架28，其中固定板27的一端固定在辅助制动踏板26的顶端，固定板27的另一端固连在支架28的一侧，支架28固定在制动踏板操纵机构2的底座7上，辅助制动踏板26的形状为直角梯形，固定板27的下部装配有加强肋，通过支架28能够使辅助制动踏板操纵机构6和制动踏板操纵机构2进行联动。

方向盘操纵机构3包括第二电机29、电磁离合器30和固定架31，其中第二电机29装配在一壳体32内，电磁离合器30固定在壳体32的一端，第二电机29和电磁离合器30相连接并控制电磁离合器30的工作，第二电机29和电磁离合器30之间还设置有减速机33，电磁离合器30与固定架31之间通过法兰盘进行连接，固定架31由三个固定板组成，相邻固定板之间的夹角为120°，每个固定板的顶端均固连有滑杆34，滑杆34上套设有固定块35，固定块35能够在滑杆34上进行滑动，固定块35上装配有V型夹具36，原车方向盘4卡设在V型夹具36内，V型夹具36的顶端还设置有压板37，滑杆34的顶端还设置有限位夹39，壳体32的外侧壁上铰接有支撑杆39，支撑杆39的头端铰接有吸盘40，吸盘40能够吸附在车辆的前车窗玻璃或车门窗的玻璃上，通过支撑杆39和吸盘40能够对方向盘操纵机构3进行进一步的固定。

第二电机29为无刷直流电机。

上述的第一电机8、第二电机29、电磁离合器30和减速机33均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明的工作原理：

本发明提供的可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人的具体工作过程如下所述：

油门踏板操纵机构1和制动踏板操纵机构2的工作过程：第一电机8的输出轴通过联轴器12带动丝杠9转动。随着丝杠9的顺时针旋转，与丝杠9相螺接的螺母13沿丝杠9的轴线向前移动。随着螺母13的移动，动力通过推杆10传递到下夹具18上，进而得到踩踏油门踏板15或制动踏板16的效果。若第一电机8逆时针旋转便可实现螺母13的向后移动，进而得到松开油门踏板15或制动踏板16的效果。

当需要驾驶员介入油门控制时的操作过程：驾驶员踩踏辅助油门踏板20，便可通过连接杆24将踩踏踏板的力传递给滑块22并使其在第二滑道23上滑动。此时滑块22的直线运动便可通过传力板25传递到油门踏板操纵机构1的上层部分，上层部分的运动经推杆10传递到油门踏板15上，达到踩踏踏板的目的。

当需要驾驶员介入制动控制时的操作过程：驾驶员踩踏辅助制动踏板26，由于辅助制动踏板26与固定板27、支架28和制动踏板操纵机构2的上层部分刚性连接，踩踏踏板的力和位移便可直接通过推杆10传递到制动踏板16上，达到控制制动踏板16的作用。

方向盘操纵机构3的具体工作过程：第二电机29的输出轴通过减速机33减速增扭后通过其输出轴输出。在正常工作过程中，电磁离合器30两部分得电吸合，通过吸合基础面的摩擦力矩，减速机33的输出力矩传递给固定架31。固定架31通过夹具夹紧原车方向盘4，传递给固定架31的力矩最终作用到原车方向盘4上，驱动汽车转向。

当需要驾驶员介入方向盘控制时的操作过程：直接使电磁离合器30失电，从而使人类驾驶员用一个较小的驱动力矩转动原车方向盘4。当情况紧急时，电磁离合器30能够驱动的转向力矩有限，当驾驶员施加大于电磁离合器30额定力矩的力矩后，原车方向盘4便可直接受人类驾驶员驱动。

Claims (5)

1.一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人，包括有油门踏板操纵机构、制动踏板操纵机构和方向盘操纵机构，其中油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构并列装配在主驾驶的地板上，方向盘操纵机构设在油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构的上方，方向盘操纵机构套设在原车方向盘上，油门踏板操纵机构还连接有辅助油门踏板操纵机构，制动踏板操纵机构连接有辅助制动踏板操纵机构，其特征在于：所述的油门踏板操纵机构和制动踏板操纵机构结构相同，均包括有底座、第一电机、丝杠和推杆，其中底座装配在第一滑道上，底座能够沿第一滑道进行滑动，第一电机和丝杠设在底座上，第一电机的输出轴与丝杠连接，第一电机的输出轴与丝杠之间装配有联轴器，第一电机驱使丝杠进行转动，丝杠上螺接有螺母，丝杠的转动能够使螺母在丝杠上进行移动，推杆的前端铰接在螺母上，推杆的后端铰接在油门踏板或制动踏板下部的下夹具上，推杆和螺母同步移动，油门踏板或制动踏板上部的上夹具和油门踏板或制动踏板下部的下夹具中穿设有调节螺杆，通过调节螺杆能够调整上夹具和下夹具之间的距离，上夹具的上部和下夹具下部开设有横向排列的通孔，夹紧块可根据不同车辆中踏板的宽度安装在不同的通孔中，方向盘操纵机构包括第二电机、电磁离合器和固定架，其中第二电机装配在一壳体内，电磁离合器固定在壳体的一端，第二电机和电磁离合器相连接并控制电磁离合器的工作，第二电机和电磁离合器之间还设置有减速机，电磁离合器与固定架之间通过法兰盘进行连接，固定架由三个固定板组成，相邻固定板之间的夹角为120°，每个固定板的顶端均固连有滑杆，滑杆上套设有固定块，固定块能够在滑杆上进行滑动，固定块上装配有V型夹具，原车方向盘卡设在V型夹具内，V型夹具的顶端还设置有压板，滑杆的顶端还设置有限位夹，壳体的外侧壁上铰接有支撑杆，支撑杆的头端铰接有吸盘，吸盘能够吸附在车辆的前车窗玻璃或车门窗的玻璃上，通过支撑杆和吸盘能够对方向盘操纵机构进行进一步的固定。

2.根据权利要求1所述的一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人，其特征在于：所述的第一电机为无刷直流电机。

3.根据权利要求1所述的一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人，其特征在于：所述的辅助油门踏板操纵机构包括有辅助油门踏板、支座、滑块、第二滑道、连接杆和传力板，其中辅助油门踏板的下部铰接在支座上，滑块装配在第二滑道上并能沿第二滑道进行滑动，连接杆的上端铰接在辅助油门踏板的上部，连接杆的下端铰接在滑块上，传力板的一端固定在滑块的一侧，传力板的另一端与油门踏板操纵机构的底座相连接，通过传力板能够使辅助油门踏板操纵机构和油门踏板操纵机构进行联动。

4.根据权利要求1所述的一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人，其特征在于：所述的辅助制动踏板操纵机构包括有辅助制动踏板、固定板和支架，其中固定板的一端固定在辅助制动踏板的顶端，固定板的另一端固连在支架的一侧，支架固定在制动踏板操纵机构的底座上，辅助制动踏板的形状为直角梯形，固定板的下部装配有加强肋，通过支架能够使辅助制动踏板操纵机构和制动踏板操纵机构进行联动。

5.根据权利要求1所述的一种可实现驾驶员随时介入的驾驶机器人，其特征在于：所述的第二电机为无刷直流电机。