CN114932944A - 一种助力转向抗扰机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车测试装置技术领域，公开了一种助力转向抗扰机器人，包括驱动机构、转向机构、测量机构和支撑结构；所述驱动机构包括电机、主动齿轮和从动齿盘；所述转向机构包括转向底座和可调节夹紧爪；所述从动齿盘设于转向底座内部；转向底座上周向设有安装孔，所述测量机构通过安装孔与转向底座可拆卸连接；所述测量机构内设有力传感器，所述力传感器用于测量转向力矩；所述可调节夹紧爪沿转向底座周向设于转向底座的顶面处；所述可调节夹紧爪用于夹紧方向盘；所述支撑机构包括相连接的支撑杆和支撑盘。本发明用来解决现有助力转向抗扰机器人力矩测量不准、安装不便的技术问题，提供的机器人结构设置灵活，便于调整安装，力矩测量准确度高。

Description

一种助力转向抗扰机器人

技术领域

本发明涉及汽车测试装置技术领域，具体涉及一种助力转向抗扰机器人。

背景技术

助力转向抗扰机器人是目前汽车性能测试中常用的试验装置，其主要功能是在汽车转向抗扰能力测试、操纵稳定性试验或其他涉及到汽车转向系统的试验中代替试验人员操纵方向盘，通过电机控制器可控制机器人上装载的电机按一定规则输出力矩，同时通过机器人上装载的传感器测量各种数据(如汽车的侧向加速度、方向盘抖动频率等)，进而完全客观地得出对汽车操纵稳定性及其他相关性能的评价，测试稳定性和可靠性较好。

而在助力转向抗扰机器人的设计及使用中，还存在许多需要解决的问题，包括：一，如何保证汽车方向盘回转轴线能够与助力转向抗扰机器人的电机轴线重合，让电机的驱动力矩有效传递至方向盘处，以实现电机对汽车方向盘的准确有效驱动的问题。常规的助力转向抗扰机器人选择将电机设置在汽车方向盘上方，由电机转子直接驱动汽车方向盘转动，虽然传力方式简单直接，但是同轴要求并不易于保证，测试准确度不易保证。二，由于不同车型的车内空间大小不一致、方向盘结构设置不一致，常规的助力转向抗扰机器人无法与不同的车型适配的问题。现有的助力转向抗扰机器人的结构设置较为死板；机器人与汽车方向盘相连接的主体部分的尺寸固定，其支撑结构的支撑角度和支撑长度也不易调节，在安装机器人时需要反复调整机器人主体的安装位置及支撑结构的支撑位置，需要耗费较长的安装调整时间。并且，对于某些小型车型而言，受车内空间大小限制，可供支撑结构安装的位置范围较小，存在无法安装的情况。

发明内容

本发明意在提供一种助力转向抗扰机器人，用来解决现有助力转向抗扰机器人力矩测量不准、安装不便的技术问题，机器人结构设置灵活，便于调整安装，力矩测量准确度高。

本发明提供的基础方案为：一种助力转向抗扰机器人，包括驱动机构、转向机构、测量机构和支撑结构；所述驱动机构包括电机、主动齿轮和从动齿盘；所述电机用于驱动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿盘啮合；所述从动齿盘与转向机构连接，从动齿盘用于带动转向机构转动；

所述转向机构包括转向底座和可调节夹紧爪；所述转向底座为环形壳体且与从动齿盘同轴；所述从动齿盘设于转向底座内部，所述转向底座的侧面上设有开槽，所述开槽用于为主动齿轮与从动齿盘啮合提供空间；

转向底座上周向设有安装孔，所述测量机构通过安装孔与转向底座可拆卸连接；所述测量机构内设有力传感器，所述力传感器用于测量转向力矩，所述力传感器的轴线垂直于转向底座的直径线；所述可调节夹紧爪沿转向底座周向设于转向底座的顶面处，可调节夹紧爪调节长度时沿转向底座径向移动；所述可调节夹紧爪用于夹紧方向盘；

所述支撑机构包括相连接的支撑杆和支撑盘，所述支撑杆与测量机构铰接。

本发明的工作原理及优点在于：通过转向机构上的可调节夹紧爪卡紧方向盘，可将转向机构等与汽车方向盘固定在一起，再调整支撑机构位置使得支撑盘能够稳固支撑在车辆的某一平面上(前视玻璃、座椅等)，通过调整测量机构在转向底座上的固定位置以及支撑杆与测量机构的铰接角度可调整使得测力力矩垂直。电机输出驱动力矩控制主动齿轮转动，主动齿轮带动与之啮合的从动齿盘转动，由于从动齿盘设于转向底座内部，可带动转向机构和汽车方向盘转动，固定在转向机构上的测量机构随之转动，测量机构进而挤压固定好的支撑机构，支撑机构受压进而将该由汽车方向盘转向产生的压力反作用到采集机构处，帮助测量机构完成力的测量，进而助力转向抗扰机器人可完成汽车转向抗扰能力测试等所需的标准测试数据采集。

本发明一种助力转向抗扰机器人，结构设置灵活，便于调整安装，力矩测量准确度高。首先，本方案中最特别的是，测量机构的结构设置。本方案中测量机构通过安装孔与转向底座可拆卸连接，即，测量机构可周向固定于转向底座上的不同位置，再配合以与测量机构铰接的支撑杆，测量机构能够和支撑机构实现双向配合，对于机器人整体的安装限制更小，面对不同车型的不同大小的车内空间，机器人都能够完成安装且都可调整得到可使得测试力矩垂直的结构，即支撑杆轴线与力传感器测力面垂直的结构，适应性较强。这样设置，传感器测力力矩垂直，在测力过程中不易产生倾斜负荷和偏心负荷，力矩测量准确度高，能够为汽车转向抗扰能力测试提供更为可靠、有效的数据参考。

而在常规的转向机器人结构设置中，往往并没有关注测量机构与支撑机构的关系，而是仅仅关注汽车方向盘回转轴线是否与电机轴线重合，仅关注了电机的驱动力矩是否能有效的传递给汽车方向盘的问题，却忽略了测量机构在测量力矩时的准确性以及测量机构与支撑机构的结构排布对测量准确性的影响。而实际上，由于测量机构的力传感器测力主要依靠支撑机构反作用得到，支撑机构与力传感器的相对位置变得十分关键，若是支撑机构与机器人不垂直，即支撑机构与力传感器测力面不垂直，测力力矩不垂直，则会产生倾斜负荷和偏心负荷，直接影响测量数值的准确度，测试数据的可靠性会较差。而本方案发现了这一问题，并通过测量机构和支撑机构灵活结构设置及双向配合，较好地解决了这一问题。

其次，驱动机构采用齿轮齿盘驱动，由电机通过主动齿轮带动更大的从动齿盘转动，传动平稳，驱动力输出平稳，机器人的测试动作更为可靠。并且，这样设置，汽车方向盘回转轴线能够与带动方向盘转动的从动齿盘轴线重合，驱动力矩能有效的传递给汽车方向盘，保证测试有效。

进一步，所述转向机构还包括辅助方向盘；所述辅助方向盘位于转向底座的底面处且与转向底座同轴。

采用此种结构，设置了额外的辅助方向盘，在转向机构和可调节夹紧爪卡紧汽车方向盘的情况下，辅助方向盘可便于测试人员通过它手动操纵汽车方向盘，在机器人安装好的情况下，仍可较为方便地控制汽车方向盘。

进一步，所述驱动机构还包括电机壳体；所述主动齿轮设于电机壳体内部，电机设于电机壳体上；所述电机壳体上设有第二连接孔；所述第二连接孔的形状尺寸与安装孔相适配。

采用此种结构，电机壳体可对主动齿轮起到一定保护作用；同时，电机壳体可通过安装孔与环形壳体可拆卸连接，便于拆装，便于调整电机壳体位置。

进一步，所述测量机构包括传感器安装支架，所述力传感器设于传感器安装支架内部；所述传感器安装支架上设有与安装孔形状尺寸相适配的第一连接孔。

采用此种结构，通过第一连接孔、安装孔，配合以螺栓等可完成测量机构整体的快速拆装，调整方便。

进一步，还包括方向盘连接筒；所述方向盘连接筒为工字型圆筒，工字型圆筒与转向底座同轴；工字型圆筒的一端与辅助方向盘连接，工字型圆筒的另一端与转向底座连接。

采用此种结构，辅助方向盘与转向底座之间还连接间隔有方向盘连接筒，即辅助方向盘与转向基座间隔一定距离，这样设置，辅助方向盘周边留有充足空间，便于操作人员操控辅助方向盘。

进一步，所述可调节夹紧爪包括相连接的夹紧臂和卡爪；所述夹紧臂上设有刻度线；所述刻度线的刻度数值为：该刻度处的夹紧臂长度所能够对应夹紧的汽车方向盘的直径数值。

采用此种结构，在夹紧臂上设有特殊的刻度线，在调节夹紧臂位置时，刻度线能够给出准确指引，这样设置，转向基座上各个夹紧臂的位移能够被调节为一致，能够准确且便捷地实现对汽车方向盘的同心夹持。并且，刻度线数值对应夹紧臂能够夹紧的汽车方向盘的直径数值，这样设置，通过量取汽车方向盘的直径，即可快速确定夹紧臂的调节位置，无需反复调整，使用更便捷。

进一步，所述支撑杆与测量机构之间连接有连接球头；所述支撑杆与支撑盘之间连接有鱼眼轴承。

采用此种结构，支撑杆与测量机构的连接角度可调节，支撑杆与支撑盘的连接角度可调节，结构调节灵活度较高。

进一步，所述支撑杆包括伸缩杆套、伸缩杆芯和卡扣；所述伸缩杆芯套设于伸缩杆套内，伸缩杆套底部设有T型开口；所述卡扣套设于伸缩杆套底部的外部，所述卡扣用于锁紧T型开口。

采用此种结构，通过调整伸缩杆芯和伸缩杆套的相对位置，可调节支撑杆的整体长度，能够适用不同车型的不同大小的车内空间的安装需求。

附图说明

图1为本发明一种助力转向抗扰机器人实施例的整体结构正视图；

图2为本发明一种助力转向抗扰机器人实施例的整体结构后视图；

图3为本发明一种助力转向抗扰机器人实施例的整体结构轴侧视图；

图4为本发明一种助力转向抗扰机器人实施例的局部结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的标记包括：电机壳体1、第二连接孔101、电机2、主动齿轮3、从动齿盘4、转向底座5、安装孔501、可调节夹紧爪6、测量机构7、传感器安装支架701、第一连接孔702、连接球头703、支撑结构8、伸缩杆套801、伸缩杆芯802、卡扣803、支撑盘804、鱼眼轴承805、辅助方向盘9、方向盘连接筒10。

实施例基本如附图1、图2、图3和图4所示：一种助力转向抗扰机器人，包括驱动机构、转向机构、测量机构7和支撑结构8；所述驱动机构包括电机壳体1、电机2、主动齿轮3和从动齿盘4；所述电机2用于驱动主动齿轮3转动，电机2的输出轴与主动齿轮3连接。所述电机2输出的力矩为呈正弦变化的力矩，这样设置，符合汽车转向抗扰能力测试的标准测试要求，测试更可靠。主动齿轮3与从动齿盘4啮合；所述从动齿盘4与转向机构连接，从动齿盘4用于带动转向机构转动；所述主动齿轮3安装于电机壳体1内部，电机2安装在电机壳体1上；所述电机壳体1上设有第二连接孔101；所述第二连接孔101的形状尺寸与安装孔501相适配，具体地，第二连接孔101设有3至8个，相邻第二连接孔101之间的间隔与相邻安装孔501之间的间隔相等。

所述转向机构包括转向底座5和可调节夹紧爪6；所述可调节夹紧爪6沿转向底座5周向设于转向底座5的顶面处，可调节夹紧爪6调节长度时沿转向底座5径向移动；所述可调节夹紧爪6用于夹紧方向盘。具体地，本实施例中，可调节夹紧爪6设有三个，所述可调节夹紧爪6包括相连接的夹紧臂和卡爪；转向底座5上设有与夹紧臂滑动连接的沿转向底座5径向设置的凹槽，夹紧臂上设有沿转向底座5径向设置的T型槽，凹槽宽度T型槽中安装有T型螺栓，凹槽上还设有与T型螺栓形状尺寸相配合的螺栓固定孔，在需要调节可调节夹紧爪6的夹紧长度时，滑动夹紧臂，并在目标夹紧长度位置，将T型螺栓旋入螺栓固定孔中以固定住可调节夹紧爪6的位置。所述夹紧臂上设有刻度线；所述刻度线的刻度数值为：该刻度处的夹紧臂长度所能够对应夹紧的汽车方向盘的直径数值。在调节可调节夹紧爪6的夹紧长度时，按照刻度线位置进行对应调节，调节精准且方便。

所述转向底座5为环形壳体且与从动齿盘4同轴；本实施例中环形壳体由可拆卸连接的两部分组成，包括环形壳体主体和一环形板，环形壳体主体的环形部的底面为开口，环形板用于封闭该开口，这样设置，转向底座5内部的物件，如从动齿盘4等，便于更换。所述从动齿盘4设于转向底座5内部，优选的，还可在转向底座5内部增设垫片等，以增加结构的可靠性。所述转向底座5的侧面上设有矩形开槽，所述矩形开槽用于为主动齿轮3与从动齿盘4啮合提供空间；电机壳体1对应安装在该开槽所在的转向底座5位置处。

转向底座5上周向设有数个安装孔501，本实施例中，周向均匀设有20个安装孔501。所述测量机构7通过安装孔501与转向底座5可拆卸连接；所述测量机构7内设有力传感器，所述力传感器用于测量转向力矩，所述力传感器的轴线垂直于转向底座5的直径线，本实施例中，采用的力传感器为柱式全桥力传感器。所述测量机构7包括传感器安装支架701，所述力传感器设于传感器安装支架701内部；所述传感器安装支架701上设有与安装孔501形状尺寸相适配的第一连接孔702，具体地，第一连接孔702设有3至8个，相邻第一连接孔702之间的间隔与相邻安装孔501之间的间隔相等。

所述支撑机构包括相连接的支撑杆和支撑盘804，所述支撑杆与测量机构7铰接；所述力传感器的测力面朝向支撑杆。所述支撑杆与测量机构7之间连接有连接球头703，支撑杆与测量机构7之间的连接角度可调节；所述支撑杆与支撑盘804之间连接有鱼眼轴承805，支撑杆与支撑盘804的连接角度可调节。所述支撑杆包括伸缩杆套801、伸缩杆芯802和卡扣803；所述伸缩杆芯802套设于伸缩杆套801内，伸缩杆套801底部设有T型开口；所述卡扣803套设于伸缩杆套801底部的外部，所述卡扣803用于锁紧T型开口，本实施例中卡扣803可采用弓形卸扣。

所述转向机构还包括辅助方向盘9；所述辅助方向盘9位于转向底座5的底面处且与转向底座5同轴。还包括方向盘连接筒10；所述方向盘连接筒10为工字型圆筒，工字型圆筒内部中空，且工字型圆筒与转向底座5同轴；工字型圆筒的一端与辅助方向盘9的中心部位连接，工字型圆筒的另一端与转向底座5连接。

在具体应用时，首先测量汽车方向盘的直径，在可调节夹紧爪6的夹紧臂上选取对应刻度值，按照刻度线指示，滑动夹紧臂，并在目标夹紧长度位置，将T型螺栓旋入螺栓固定孔中以固定住可调节夹紧爪6的位置。对三个可调节夹紧爪6采取同样操作，进而得以同心夹紧汽车方向盘。此时，转向机构、测量机构7和驱动机构均得以固定在汽车方向盘上，然后调节支撑机构和测量机构7的位置，可先将支撑盘804固定在汽车的前视玻璃上，然后调节测量机构7位置及支撑杆连接角度，直至调整使得支撑杆轴线与力传感器测力面垂直为止，此时，可采用螺栓等穿过第一连接孔702和安装孔501以固定住测量机构7位置，并锁紧卡扣803以固定住支撑杆长度，完成助力转向抗扰机器人。

进而，电机2按照汽车转向抗扰能力测试的标准测试要求按周期输出呈正弦变化的力矩，控制主动齿轮3往返转动，主动齿轮3带动与之啮合的从动齿盘4往返转动，由于从动齿盘4设于转向底座5内部，可带动转向机构和汽车方向盘往返转动，固定在转向机构上的测量机构7随之转动，测量机构7进而挤压固定好的支撑机构，支撑机构受压进而将该由汽车方向盘转向产生的压力反作用到采集机构处，帮助测量机构7完成力的测量。具体地，在未加电场干扰的情况下，助力转向抗扰机器人由电机2控制先做N个周期的力矩测试得到转角曲线一，然后再将车辆放置在有电场干扰的环境下(例如：10米法大暗室中)，让电机2重复输出上述个周期变化的力矩，得到转角曲线二，将转角曲线一与转角曲线二进行运算得到角度偏差百分比，从而可以评判该车辆助力转向的抗扰能力。

本实施例提供的一种助力转向抗扰机器人，整体结构简洁，结构灵活度高，便于调整及安装，力矩测量准确度高，能够为汽车转向抗扰能力测试提供更为可靠、有效的数据参考。本方案的助力转向抗扰机器人的驱动机构采用从动齿盘4进行力的输出，从动齿盘4与转向底座5同轴，后续从动齿盘4运作时，带动方向盘转动的从动齿盘4轴线能够与汽车方向盘回转轴线重合，驱动力矩能有效的传递给汽车方向盘，可保证测试可靠有效。此外，本方案中驱动机构、测量机构7均可拆卸，便于调整安装位置。支撑机构的支撑杆杆长可调节，支撑杆与测量机构7及支撑盘804的连接角度可调节，调节空间充裕。转向机构上的可调节夹紧爪6的夹紧尺寸也能够快速调节，且有对应刻度尺寸指导调节，结构调节更精准更便利。

更重要的是，本方案发现并解决了常规助力转向抗扰机器人设计中所忽略的问题，即测量机构7在测量力矩时的准确性以及测量机构7与支撑机构的结构排布对测量准确性的影响问题，并方案中通过可拆卸式测量机构7的设计，配合以与测量机构7铰接的支撑杆，测量机构7能够和支撑机构实现双向配合，进而在不同车型场景限制下，本机器人都达到调整得到使得测量力矩垂直(即支撑杆轴线与力传感器测力面垂直)的安装目标，进而有效减少测量过程中的倾斜负荷和偏心负荷的出现几率，有效解决了上述问题，保证了测试的准确性。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，包括驱动机构、转向机构、测量机构和支撑结构；所述驱动机构包括电机、主动齿轮和从动齿盘；所述电机用于驱动主动齿轮转动，主动齿轮与从动齿盘啮合；所述从动齿盘与转向机构连接，从动齿盘用于带动转向机构转动；

所述转向机构包括转向底座和可调节夹紧爪；所述转向底座为环形壳体且与从动齿盘同轴；所述从动齿盘设于转向底座内部，所述转向底座的侧面上设有开槽，所述开槽用于为主动齿轮与从动齿盘啮合提供空间；

转向底座上周向设有安装孔，所述测量机构通过安装孔与转向底座可拆卸连接；所述测量机构内设有力传感器，所述力传感器用于测量转向力矩，所述力传感器的轴线垂直于转向底座的直径线；所述可调节夹紧爪沿转向底座周向设于转向底座的顶面处，可调节夹紧爪调节长度时沿转向底座径向移动；所述可调节夹紧爪用于夹紧方向盘；

所述支撑机构包括相连接的支撑杆和支撑盘，所述支撑杆与测量机构铰接。

2.根据权利要求1所述的一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，所述转向机构还包括辅助方向盘；所述辅助方向盘位于转向底座的底面处且与转向底座同轴。

3.根据权利要求1所述的一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，所述驱动机构还包括电机壳体；所述主动齿轮设于电机壳体内部，电机设于电机壳体上；所述电机壳体上设有第二连接孔；所述第二连接孔的形状尺寸与安装孔相适配。

4.根据权利要求1所述的一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，所述测量机构包括传感器安装支架，所述力传感器设于传感器安装支架内部；所述传感器安装支架上设有与安装孔形状尺寸相适配的第一连接孔。

5.根据权利要求1所述的一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，还包括方向盘连接筒；所述方向盘连接筒为工字型圆筒，工字型圆筒与转向底座同轴；工字型圆筒的一端与辅助方向盘连接，工字型圆筒的另一端与转向底座连接。

6.根据权利要求1所述的一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，所述可调节夹紧爪包括相连接的夹紧臂和卡爪；所述夹紧臂上设有刻度线；所述刻度线的刻度数值为：该刻度处的夹紧臂长度所能够对应夹紧的汽车方向盘的直径数值。

7.根据权利要求1所述的一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，所述支撑杆与测量机构之间连接有连接球头；所述支撑杆与支撑盘之间连接有鱼眼轴承。

8.根据权利要求1所述的一种助力转向抗扰机器人，其特征在于，所述支撑杆包括伸缩杆套、伸缩杆芯和卡扣；所述伸缩杆芯套设于伸缩杆套内，伸缩杆套底部设有T型开口；所述卡扣套设于伸缩杆套底部的外部，所述卡扣用于锁紧T型开口。

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