CN111537234B - 一种制动踏板机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制动踏板机器人，包括踏板夹紧机构、力传感器装置、踏板执行机构和踏板动力装置，踏板动力装置一端连接有踏板执行机构，踏板执行机构通过力传感器装置与踏板夹紧机构相连，力传感器装置包括外框架、基座、变形块和信号线缆，外框架内转动安装有变形块，变形块两端的上下两侧均设置有一个应变片，变形块中部位于每两个上下布置的应变片之间均沿着长度方向设置有一个长条通孔，基座上端中部与变形块之间安装有垫块，信号线缆安装在基座内并与所有的应变片一一对应连接。本发明性价比较高，环境适应能力强，安全可靠，适用范围广泛。

Description

一种制动踏板机器人

技术领域

本发明涉及汽车试验设备技术领域，特别是涉及一种制动踏板机器人。

背景技术

自1980年以来，国外许多科研院校与公司相继开始研发驾驶机器人，德国STAHLE、英国ABD、日本HORIBA等已有成熟产品量产，但是存在价格贵、供货周期长与售后服务差等劣势。

国内驾驶机器人起步较晚，21世纪初才开始相关研究工作，像东南大学、北航、中国汽研等，目前还未有成熟产品，在其功能、性能、可靠稳定性、体积、控制系统等还有较大差距。

同时，驾驶机器人存在执行机构优化、快速适应不同车型或同一车型的能力、车辆控制精度与模拟人类驾驶员之间的平衡和各执行器之间的协调控制等研究难点，以及研制可用于ADAS测试的室外汽车驾驶机器人、在实现控制精度的前提下考虑不同驾驶风格对车辆测试的影响和运用各种先进控制方法提高驾驶机器人的性能等发展趋势。

通过市场调研分析，目前市面上还没有一款面向能耗和环境测试的室内转毂试验的自动驾驶机器人产品，且在自动挡汽车占据主流的今天，换挡机械手已成鸡肋；耗费巨资200万元采购ABD、STAHLE等全功能驾驶机器人进行转毂试验，大材小用，性价比低；新能源汽车和智能网联汽车飞速发展的今天，能耗和环境测试甚至ADAS和自动驾驶测试需求态势旺盛；目前市面上的腿式驾驶机器人，需占据主驾座位，无法适用乘员舱空调舒适性假人等。

所以，突破国外驾驶机器人的垄断和“卡脖子”技术以及产品实现国产化，势在必行，其中制动踏板机器人是其中较为重要的一个。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制动踏板机器人，性价比较高，环境适应能力强，安全可靠，适用范围广泛。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种制动踏板机器人，包括踏板夹紧机构、力传感器装置、踏板执行机构和踏板动力装置，所述的踏板动力装置一端连接有踏板执行机构，该踏板执行机构通过力传感器装置与踏板夹紧机构相连，所述的力传感器装置包括外框架、基座、变形块和信号线缆，所述的外框架内转动安装有变形块，所述的变形块两端的上下两侧均设置有一个应变片，该变形块中部位于每两个上下布置的应变片之间均沿着长度方向设置有一个长条通孔，所述的基座上端中部与变形块之间安装有垫块，所述的信号线缆安装在基座内并与所有的应变片一一对应连接，所述的踏板执行机构与外框架两侧转动连接。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的变形块的左右两侧均通过轴销与外框架内壁转动连接。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的外框架上端的两侧均安装有与轴销垂直相连的锁紧螺钉。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的外框架前后两侧的中部均开有安装孔。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的外框架呈矩形框架结构。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的变形块中部竖直开有第一穿线孔，该第一穿线孔上端开口的两侧以及下端开口两侧均沿着长度方向开有第一线槽，所述的变形块上端安装有防护盖板。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的垫块中部竖直开有第二穿线孔，所述的基座上端开有第二线槽，该第二线槽从基座端部延伸至基座中部，所述的基座端部位于第二线槽上方安装有固定盖板。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的踏板夹紧机构包括踩踏板以及两个夹紧杆，所述的踩踏板呈长板状，该踩踏板上端的四个角落处均设置有一个调节安装孔组，所述的调节安装孔组包括若干个并排布置的长条通孔，该长条通孔呈纵向布置，每两个前后相对布置的调节安装孔组各选择一个长条通孔插入紧固螺钉并与对应的夹紧杆进行连接。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的踩踏板上端中部的两侧对称布置有两个凹坑。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的调节安装孔组包括三个并排布置的一字通孔。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的夹紧杆的两端均设置有至少两个调节孔。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的踏板执行机构包括摇臂、调节丝杆和连接杆，所述的连接杆呈圆管状，该连接杆的一端内螺纹连接有调节丝杆，所述的调节丝杆一端与摇臂转动连接，该调节丝杆上螺纹连接有防滑紧固螺母，所述的防滑紧固螺母扣在连接杆端部上，所述的连接杆的另一端连接有大臂，该大臂一端的两侧对称布置有两个支臂，两个支臂之间通过轴销与外框架转动连接，所述的踏板动力装置与摇臂相连。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的连接杆一端安装有杆端球头联结器，该杆端球头联结器通过快拆式球头锁紧销与摇臂转动连接。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的连接杆的另一端通过连接件与大臂相连，所述的连接件中部为阻挡部，该连接件的两端均为螺纹柱，一个螺纹柱与大臂螺纹连接，另一个螺纹柱与连接杆螺纹连接。

作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的踏板动力装置的一侧安装有限位支座，所述的摇臂中部与踏板动力装置的输出轴相连，该摇臂的侧壁位于踏板动力装置输出轴的两侧对称布置有两个弧形通孔，其中一个弧形通孔内安装有与限位支座相连的限位螺钉。

有益效果：本发明涉及一种制动踏板机器人，具有以下几个优点：

1、垫块将整个变形块垫高，使得变形块与基座之间有较大的间隙，防止变形块受压力变形过大而损坏下表面的应变片；

2、变形块和基座一起可以多方向转动，适用范围广泛；

3、四片应变片呈上下左右对称布置，提高踏板力测量精度，应变片是贴附在变形块表面，踏板收到拉压力会引起变形块的变形，进而引发应变片的变形激励出响应的电信号变化；

4、变形块中部对称挖掉了两个长条通孔，目的是既能通过变形块受力变形保证力传感器的量程范围，又能保证变形块变形变化率(传感器分辨率)和精度要求；

5、可以夹紧不同型号大小的制动踏板，通用性较强；拆装方便，装置简单，成本较低；

6、踏板执行机构用于连接踏板夹紧机构与踏板动力装置之间的主要部件；连接杆的一端内螺纹连接有调节丝杆，转动连接杆，调节连接杆和调节丝杆的整体长度，调节完毕后，旋转防滑紧固螺母，使得防滑紧固螺母扣在连接杆端部上，以保证连接杆和调节丝杆之间连接稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明所述的踏板夹紧机构和力传感器装置的结构示意图；

图3是本发明所述的力传感器装置去掉外框架后的结构示意图；

图4是本发明所述的变形块的结构示意图；

图5是本发明所述的基座的结构示意图；

图6是本发明所述的踏板夹紧机构的结构示意图；

图7是本发明所述的踏板夹紧机构的结构示意图；

图8是本发明所述的踏板执行机构的结构示意图；

图9是本发明所述的大臂的结构示意图；

图10是本发明所述的连接件的结构示意图；

图11是本发明所述的杆端球头联结器的结构示意图。

图示：1、防护盖板，2、外框架，3、锁紧螺钉，4、轴销，5、基座，6、踏板夹紧机构，7、安装孔，8、变形块，9、长条通孔，10、应变片，11、垫块，12、信号线缆，13、第一穿线孔，14、第一线槽，15、第二穿线孔，16、第二线槽，17、固定盖板，18、踩踏板，19、调节安装孔组，20、紧固螺钉，21、夹紧杆，22、凹坑，23、调节孔，24、摇臂，25、快拆式球头锁紧销，26、杆端球头联结器，27、调节丝杆，28、防滑紧固螺母，29、连接杆，30、连接件，31、大臂，32、支臂，33、阻挡部，34、螺纹柱，35、弧形通孔，36、限位支座，37、限位螺钉，38、力传感器装置，39、踏板执行机构，40、踏板动力装置，41、凹槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种制动踏板机器人，如图1-11所示，包括踏板夹紧机构6、力传感器装置38、踏板执行机构39和踏板动力装置50，所述的踏板动力装置50一端连接有踏板执行机构39，该踏板执行机构39通过力传感器装置38与踏板夹紧机构6相连，所述的力传感器装置38包括外框架2、基座5、变形块8和信号线缆12，所述的外框架2内转动安装有变形块8，所述的变形块8两端的上下两侧均设置有一个应变片10，该变形块8中部位于每两个上下布置的应变片10之间均沿着长度方向设置有一个长条通孔9，所述的基座5上端中部与变形块8之间安装有垫块11，所述的信号线缆12安装在基座5内并与所有的应变片10一一对应连接，所述的踏板执行机构39与外框架2两侧转动连接。

所述的变形块8中部竖直开有第一穿线孔13，该第一穿线孔13上端开口的两侧以及下端开口两侧均沿着长度方向开有第一线槽14，所述的变形块8上端安装有防护盖板1。

所述的踏板夹紧机构6包括踩踏板18以及两个夹紧杆21，所述的踩踏板18呈长板状，该踩踏板18上端的四个角落处均设置有一个调节安装孔组19，所述的调节安装孔组19包括若干个并排布置的长条通孔，该长条通孔呈纵向布置，每两个前后相对布置的调节安装孔组19各选择一个长条通孔插入紧固螺钉20并与对应的夹紧杆21进行连接。

所述的调节安装孔组19包括三个并排布置的一字通孔。

所述的夹紧杆21的两端均设置有至少两个调节孔23，该调节孔23的数量根据制动踏板的规格数量可以进行适应性的调整。

所述的踏板执行机构39包括摇臂24、调节丝杆27和连接杆29，所述的连接杆29呈圆管状，该连接杆29的一端内螺纹连接有调节丝杆27，所述的调节丝杆27一端与摇臂24转动连接，该调节丝杆27上螺纹连接有防滑紧固螺母28，所述的防滑紧固螺母28扣在连接杆29端部上，所述的连接杆29的另一端连接有大臂31，该大臂31一端的两侧对称布置有两个支臂32，两个支臂32之间通过轴销4与外框架2转动连接，所述的踏板动力装置50与摇臂24相连。

所述的连接杆29一端安装有杆端球头联结器26，该杆端球头联结器26通过快拆式球头锁紧销25与摇臂24转动连接。杆端球头联结器26和快拆式球头锁紧销25均是市场上可以买到的零部件，杆端球头联结器26一端伸入到连接杆29内并与连接杆29螺纹连接，该杆端球头联结器26另一端呈圆环状，供快拆式球头锁紧销25穿过。

所述的变形块8的前后两侧均通过轴销4与外框架2内壁转动连接，变形块8与外框架2之间可以相对转动，所述的外框架2的左右两侧均通过轴销4与对应的支臂32转动连接，支臂32与外框架2之间也是可以相对转动，使得变形块8和基座5一起可以多方向转动。所述的外框架2上端的两侧均安装有与轴销4垂直相连的锁紧螺钉3，所述的支臂32上也安装有与轴销4垂直相连的锁紧螺钉3，所述的外框架2左右两侧的中部均开有安装孔7，该安装孔7用于安装轴销4。

如图2所示，基座5是安装在踏板夹紧机构6上的，基座5、垫块11和踏板夹紧机构6采用普通的螺钉固定在一起，垫块11将整个变形块8垫高，使得变形块8与基座5之间有较大的间隙，防止变形块8受压力变形过大而损坏下表面的应变片10。

应变片10共有四片，从图3中，可以清楚的看到应变片10的位置，上下左右对称布置，提高踏板力测量精度，应变片10是贴附在变形块8表面，踏板收到拉压力会引起变形块8的变形，进而引发应变片10的变形激励出响应的电信号变化，电信号变化通过信号线缆12传输出去。

变形块8中部对称挖掉了两个长条通孔9，目的是既能通过变形块8受力变形保证力传感器的量程范围，又能保证变形块8变形变化率(传感器分辨率)和精度要求。

信号线缆12安装在第二线槽16内，基座5端部安装有固定盖板17，固定盖板17用于压住信号线缆12一端，基座5与固定盖板17之间采用普通的螺钉相连，信号线缆12另一端伸入到垫块11的下方并穿过第二穿线孔15，信号线缆12分成四路与四个应变片10一一相连。

所述的变形块8中部竖直开有第一穿线孔13，该第一穿线孔13上端开口的两侧以及下端开口两侧均沿着长度方向开有第一线槽14，所述的变形块8上端安装有防护盖板1。第一线槽14和第一穿线孔13为了辅助信号线缆12的线路布置而设置的。

为了适用不同大小的制动踏板，设计了通用性的踏板夹紧机构，踏板夹紧机构包括踩踏板18以及两个夹紧杆21，踩踏板18上端的四个角落处均设置有一个调节安装孔组19，每个调节安装孔组19由三个并排布置的长条通孔组成。

如图6所示，每两个前后相对布置的调节安装孔组19其长条通孔也是前后一一对应的，安装时，在四个调节安装孔组19中选择不同的长条通孔各自对应的制动踏板的规格也不同。选择合适的长条通孔后，插入紧固螺钉20，紧固螺钉20的螺帽与踩踏板18相扣，紧固螺钉20的螺杆与夹紧杆21的调节孔23相连，旋紧紧固螺钉20使得两个夹紧杆21配合踩踏板18一起夹紧制动踏板。

在使用过程中，大臂31自适应调节或者踏板试验左右转动，为了防止大臂31的触角与踩踏板18之间产生运动干涉，因此，在踩踏板18上端中部的两侧各挖一个凹坑22。

所述的夹紧杆21的两端均设置有至少两个调节孔23，该调节孔23的数量根据制动踏板的规格数量可以进行适应性的调整。

两个支臂32之间安装踏板夹紧机构6和力传感器装置38，该踏板夹紧机构6用于夹住制动踏板，连接杆29的一端内螺纹连接有调节丝杆27，转动连接杆29，调节连接杆29和调节丝杆27的整体长度，调节完毕后，旋转防滑紧固螺母28，使得防滑紧固螺母28扣在连接杆29端部上，以保证连接杆29和调节丝杆27之间连接稳定，踏板动力装置50驱动摇臂24来回摆动，摇臂24通过调节丝杆27、连接杆29和大臂31控制踏板夹紧机构6按下制动踏板或者松开制动踏板。

所述的踏板动力装置50的一侧安装有限位支座36，所述的摇臂24中部与踏板动力装置50的输出轴相连，该摇臂24的侧壁位于踏板动力装置50输出轴的两侧对称布置有两个弧形通孔35，其中一个弧形通孔35内安装有与限位支座36相连的限位螺钉37。限位螺钉37配合弧形通孔35，限定摇臂24来回摆动的范围。

踏板动力装置50选用的是带减速器的伺服电机。

所述的连接杆29每个端部的两侧均对称布置有两个凹槽41，该凹槽41用于扳手紧固连接，便于连接杆29和调节丝杆27之间的调整。调节丝杆27的调节范围为60mm。

Claims (10)

1.一种制动踏板机器人，包括踏板夹紧机构(6)、力传感器装置(38)、踏板执行机构(39)和踏板动力装置(40)，其特征在于：所述的踏板动力装置(40)一端连接有踏板执行机构(39)，该踏板执行机构(39)通过力传感器装置(38)与踏板夹紧机构(6)相连，所述的力传感器装置(38)包括外框架(2)、基座(5)、变形块(8)和信号线缆(12)，所述的外框架(2)内转动安装有变形块(8)，所述的变形块(8)两端的上下两侧均设置有一个应变片(10)，该变形块(8)中部位于每两个上下布置的应变片(10)之间均沿着长度方向设置有一个长条通孔(9)，所述的基座(5)上端中部与变形块(8)之间安装有垫块(11)，所述的信号线缆(12)安装在基座(5)内并与所有的应变片(10)一一对应连接，所述的踏板执行机构(39)与外框架(2)两侧转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的变形块(8)中部竖直开有第一穿线孔(13)，该第一穿线孔(13)上端开口的两侧以及下端开口两侧均沿着长度方向开有第一线槽(14)，所述的变形块(8)上端安装有防护盖板(1)。

3.根据权利要求1所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的垫块(11)中部竖直开有第二穿线孔(15)，所述的基座(5)上端开有第二线槽(16)，该第二线槽(16)从基座(5)端部延伸至基座(5)中部，所述的基座(5)端部位于第二线槽(16)上方安装有固定盖板(17)。

4.根据权利要求1所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的踏板夹紧机构(6)包括踩踏板(18)以及两个夹紧杆(21)，所述的踩踏板(18)呈长板状，该踩踏板(18)上端的四个角落处均设置有一个调节安装孔组(19)，所述的调节安装孔组(19)包括若干个并排布置的长条通孔，该长条通孔呈纵向布置，每两个前后相对布置的调节安装孔组(19)各选择一个长条通孔插入紧固螺钉(20)并与对应的夹紧杆(21)进行连接。

5.根据权利要求4所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的踩踏板(18)上端中部的两侧对称布置有两个凹坑(22)。

6.根据权利要求4所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的夹紧杆(21)的两端均设置有至少两个调节孔(23)。

7.根据权利要求1所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的踏板执行机构(39)包括摇臂(24)、调节丝杆(27)和连接杆(29)，所述的连接杆(29)呈圆管状，该连接杆(29)的一端内螺纹连接有调节丝杆(27)，所述的调节丝杆(27)一端与摇臂(24)转动连接，该调节丝杆(27)上螺纹连接有防滑紧固螺母(28)，所述的防滑紧固螺母(28)扣在连接杆(29)端部上，所述的连接杆(29)的另一端连接有大臂(31)，该大臂(31)一端的两侧对称布置有两个支臂(32)，两个支臂(32)之间通过轴销(4)与外框架(2)转动连接，所述的踏板动力装置(40)与摇臂(24)相连。

8.根据权利要求7所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的连接杆(29)一端安装有杆端球头联结器(26)，该杆端球头联结器(26)通过快拆式球头锁紧销(25)与摇臂(24)转动连接。

9.根据权利要求7所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的连接杆(29)的另一端通过连接件(30)与大臂(31)相连，所述的连接件(30)中部为阻挡部(33)，该连接件(30)的两端均为螺纹柱(34)，一个螺纹柱(34)与大臂(31)螺纹连接，另一个螺纹柱(34)与连接杆(29)螺纹连接。

10.根据权利要求7所述的一种制动踏板机器人，其特征在于：所述的踏板动力装置(40)的一侧安装有限位支座(36)，所述的摇臂(24)中部与踏板动力装置(40)的输出轴相连，该摇臂(24)的侧壁位于踏板动力装置(40)输出轴的两侧对称布置有两个弧形通孔(35)，其中一个弧形通孔(35)内安装有与限位支座(36)相连的限位螺钉(37)。

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