基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手的制作方法【專利摘要】本實用新型公開了一種基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手，包括機箱、驅動裝置、七連桿雙自由度閉鏈機構和換擋手柄夾持裝置，驅動裝置設置在機箱內，七連桿雙自由度閉鏈機構的兩個輸入端分別與驅動裝置連接，換擋手柄夾持裝置設置在機箱外，且與七連桿雙自由度閉鏈機構的輸出端連接。本實用新型在重復性高、持續時間長、安全性未能得到充分保障的汽車試驗中，可以完全代替人類駕駛員進行汽車試驗，并且能夠使得實驗結果更加精確、客觀。【專利說明】基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手
技術領域：
[0001]本實用新型屬于汽車試驗自動駕駛技術，具體涉及一種基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手。【
背景技術：
】[0002]近年來，隨著汽車越來越多的走入尋常人家，汽車安全問題成為社會的普遍共識，同時隨著汽車保有量的不斷增加，汽車尾氣中的有害物質造成了環境污染問題，嚴重影響人們的生活品質。因此，在一款汽車進入市場前，必須對其進行嚴格的安全測試及重復循環的排放測試。顯而易見，在這樣的試驗環境及條件下，并不適合駕駛員進行試驗，首先會對駕駛員的身體造成一定傷害，其次，重復試驗條件下，駕駛員的操作會產生較大的誤差。因此，應用駕駛機器人于汽車試驗中，可以提高試驗效率，提高試驗精度。[0003]國外對汽車駕駛機器人的研究已經進行了很多年，其技術已然成熟，應用十分廣泛，但是國外公司對自己產品的技術資料嚴格保密，不對外公布。比較著名的有美國FroudeConsine、Kairos，日本Horiba、Autopilot、NissanMotor、Onosokk1、Automax，德國Schenck、Stable、Witt，英國Mira、ABD等。[0004]國內于二十世紀九十年代中期開始進行駕駛機器人的研究工作，起步相對較晚，主要是一些汽車研究機構和高等院校，最具代表性的是東南大學與南京汽車研究所研制的DNC系列駕駛機器人，這是我國首個具有自主產權的駕駛機器人。近年來，南京理工大學、清華大學、上海交通大學、哈爾濱工業大學、太原理工大學、中國汽車技術研究中心等高校和研究機構也相繼開始研究車輛自動駕駛機器人。[0005]目前駕駛機器人機械手的驅動方式主要有以下幾種:[0006]中國專利200420027440.8公開了一種七連桿雙自由度閉鏈換擋機械手，其換擋機械手使用兩個氣缸作為驅動，優點是結構簡單，柔性好，缺點在于需要氣源，增加了系統結構及重量，同時由于氣體壓縮性比較大，造成精度低。[0007]中國專利201410797965.8公開了一種汽車同步器試驗臺換擋機械手及其控制裝置，其換擋機械手采用“電機+氣缸”作為驅動，通過伺服電機完成選擋動作，氣缸完成掛擋動作，操作簡單，可模擬人手的換擋效果，其缺點在于將氣缸傾斜布置在選擋軸和換擋搖臂之間，造成系統震動較大，影響換擋效果，同時穩定性差。[0008]中國專利CN102393308B公開了一種用于汽車試驗的駕駛機器人，其換擋機械手采用“伺服電機+伺服電機”作為驅動，分別完成選換擋操作。此換擋機械手可適應不同類型，不同換擋形式的車輛，但是由于兩個電機采用垂直分布方式，造成系統結構不緊湊，占用空間比較大。【
發明內容】[0009]本實用新型的目的在于提供一種基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手，在重復性高、持續時間長、安全性未能得到充分保障的汽車試驗中，本實用新型可以完全代替人類駕駛員進行汽車試驗，并且能夠使得實驗結果更加精確、客觀。[0010]實現本實用新型目的的技術解決方案為:一種基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手，包括機箱、驅動裝置、七連桿雙自由度閉鏈機構和換擋手柄夾持裝置，驅動裝置設置在機箱內，七連桿雙自由度閉鏈機構的兩個輸入端分別與驅動裝置連接，換擋手柄夾持裝置設置在機箱外，且與七連桿雙自由度閉鏈機構的輸出端連接。[0011]所述驅動裝置包括二自由度電磁執行器、花鍵軸、第一齒輪、第二齒輪、絲杠、兩個旋轉套管、兩個內套管和兩個軸承座;其中旋轉套管一端套在內套管的一端，內套管的另一端通過軸承座固定在機箱上，兩個旋轉套管平行且位于同一個平面;一個旋轉套管的另一端與第一齒輪固連，花鍵軸一端穿過第一齒輪中心伸入內套管，另一端通過聯軸器與二自由度電磁執行器的一端連接，二自由度電磁執行器的另一端與七連桿雙自由度閉鏈機構的一個輸入端鉸接;另一個旋轉套管的另一端與第二齒輪固連，第二齒輪與第一齒輪嚙合，絲杠一端穿過第二齒輪中心伸入內套管，第二齒輪與絲杠的滾珠絲杠副螺母固連，絲杠設有軸承的一端與七連桿雙自由度閉鏈機構另一個輸入端鉸接。[0012]所述夾持裝置包括第一夾緊座框、夾緊塊、第二夾緊座框和固定手柄;第二夾緊座框為U型，第一夾緊座框為方形盒體，底面無端蓋，第二夾緊座框套在第一夾緊座框的外側壁，兩個固定手柄設置在第一夾緊座框上相鄰的兩個側壁，固定手柄穿過第二夾緊座框和第一夾緊座框與夾緊塊固定，兩個固定手柄的末端分別固連一個夾緊塊，第一夾緊座框頂部與七連桿雙自由度閉鏈機構輸出端固連。[0013]本實用新型與現有技術相比，其顯著優點在于:[0014](I)取代現有汽車試驗用駕駛機器人換擋機械手普遍使用兩個驅動元件的基本現狀，使用一個二自由度電磁執行器作為驅動元件即可完成選擋與換擋動作，能夠使系統質量更輕。[0015](2)使用一個二自由度電磁執行器作為驅動元件，可以減少中間動力傳輸路徑，精簡系統結構，提高換擋精度。[0016](3)通過對換擋手柄夾持裝置的改良，可以適應不同車型的換擋手柄球頭。【附圖說明】[0017]圖1為本實用新型基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手的整體結構示意圖。[0018]圖2為本實用新型基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手的驅動裝置示意圖。[0019]圖3為本實用新型基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手的七連桿雙自由度閉鏈機構示意圖。[0020]圖4為本實用新型基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手的換擋手柄夾持裝置主視圖。[0021]圖5為本實用新型基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手的換擋手柄夾持裝置底面視角示意圖。[0022]圖6為本實用新型圖1中的A—A截面視圖。【具體實施方式】[0023]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。[0024]結合圖1?圖6，一種基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手，包括機箱7、驅動裝置、七連桿雙自由度閉鏈機構16和換擋手柄夾持裝置，驅動裝置設置在機箱7內，七連桿雙自由度閉鏈機構16的兩個輸入端分別與驅動裝置連接，換擋手柄夾持裝置設置在機箱7外，且與七連桿雙自由度閉鏈機構16的輸出端連接。[0025]結合圖3，七連桿雙自由度閉鏈機構16(在專利200420027440.8中已公開)，包括兩個輸入端即第一搖桿端17與第二搖桿端18，一個輸出端即彎形桿球頭桿端軸承11，第一搖桿端17與第二搖桿端18—端分別通過基座固定在機箱7上。[0026]結合圖2和圖6，所述驅動裝置包括二自由度電磁執行器1、花鍵軸2、第一齒輪3、第二齒輪8、滾珠絲杠副螺母9、絲杠10、兩個旋轉套管4、兩個內套管5和兩個軸承座6。其中旋轉套管4一端套在內套管5的一端，內套管5的另一端通過軸承座6固定在機箱7上，兩個旋轉套管4平行且位于同一個平面。一個旋轉套管4的另一端與第一齒輪3固連，花鍵軸2—端穿過第一齒輪3中心伸入內套管5，另一端通過聯軸器與二自由度電磁執行器I的一端連接，二自由度電磁執行器I的另一端與七連桿雙自由度閉鏈機構16的第一搖桿端17通過Y型接頭鉸接。另一個旋轉套管4的另一端與第二齒輪8固連，第二齒輪8與第一齒輪3嚙合，絲杠10—端穿過第二齒輪8中心伸入內套管5，第二齒輪8與絲杠10的滾珠絲杠副螺母9固連，絲杠10設有軸承的一端通過Y型接頭與第二搖桿端18鉸接。[0027]結合圖4和圖5，所述夾持裝置包括第一夾緊座框12、夾緊塊13、第二夾緊座框14和固定手柄19。第二夾緊座框14為U型，第一夾緊座框12為方形盒體，底面無端蓋，第二夾緊座框14套在第一夾緊座框12的外側壁(除了頂面和底面)。兩個固定手柄19設置在第一夾緊座框12相鄰的兩個側壁，固定手柄19穿過第二夾緊座框14和第一夾緊座框12與夾緊塊13固定，兩個固定手柄19的末端分別固連一個夾緊塊13。第一夾緊座框12頂部與彎形桿球頭桿端軸承11固連。[0028]工作原理如下:[0029]控制二自由度電磁執行器I輸出直線運動，推動與二自由度電磁執行器I鉸接的第一搖桿17，從而驅動七連桿雙自由度閉鏈機構16做縱向運動，實現掛擋動作。控制二自由度電磁執行器I輸出旋轉運動，通過與之相連的花鍵軸2，將動力傳遞給與花鍵軸2相嚙合的第一齒輪3，由于第二齒輪8與第一齒輪3嚙合，與滾珠絲杠螺母9固連，可以實現將二自由度電磁執行器I輸出的旋轉運動轉化為絲杠10的直線運動，推動與絲杠10相連的第二搖桿18，從而驅動七連桿雙自由度閉鏈機構16做橫向運動，實現選擋動作。通過調節固定手柄19的位置，進而可以調節夾緊座框內部空間，以適應不同車型的換擋手柄球頭大小。本實用新型具有結構簡單、調節方便、系統質量輕、機械解耦等優點。【主權項】1.一種基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手，其特征在于:包括機箱(7)、驅動裝置、七連桿雙自由度閉鏈機構(16)和換擋手柄夾持裝置，驅動裝置設置在機箱(7)內，七連桿雙自由度閉鏈機構(16)的兩個輸入端分別與驅動裝置連接，換擋手柄夾持裝置設置在機箱7外，且與七連桿雙自由度閉鏈機構(16)的輸出端連接。2.根據權利要求1所述的基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手，其特征在于:所述驅動裝置包括二自由度電磁執行器(I)、花鍵軸(2)、第一齒輪(3)、第二齒輪(8)、絲杠(10)、兩個旋轉套管(4)、兩個內套管(5)和兩個軸承座(6);其中旋轉套管(4)一端套在內套管(5)的一端，內套管(5)的另一端通過軸承座(6)固定在機箱(7)上，兩個旋轉套管(4)平行且位于同一個平面;一個旋轉套管(4)的另一端與第一齒輪(3)固連，花鍵軸(2)一端穿過第一齒輪(3)中心伸入內套管(5)，另一端通過聯軸器與二自由度電磁執行器(I)的一端連接，二自由度電磁執行器(I)的另一端與七連桿雙自由度閉鏈機構(16)的一個輸入端鉸接;另一個旋轉套管(4)的另一端與第二齒輪(8)固連，第二齒輪(8)與第一齒輪(3)嚙合，絲杠(10)—端穿過第二齒輪(8)中心伸入內套管(5)，第二齒輪(8)與絲杠(10)的滾珠絲杠副螺母(9)固連，絲杠(1)設有軸承的一端與七連桿雙自由度閉鏈機構(16)另一個輸入端奴接。3.根據權利要求1所述的基于二自由度電磁執行器驅動的駕駛機器人換擋機械手，其特征在于:所述夾持裝置包括第一夾緊座框(12)、夾緊塊(13)、第二夾緊座框(14)和固定手柄(19);第二夾緊座框(14)為U型，第一夾緊座框(12)為方形盒體，底面無端蓋，第二夾緊座框(14)套在第一夾緊座框(12)的外側壁，兩個固定手柄(19)設置在第一夾緊座框(12)上相鄰的兩個側壁，固定手柄(19)穿過第二夾緊座框(14)和第一夾緊座框(12)與夾緊塊(13)固定，兩個固定手柄(19)的末端分別固連一個夾緊塊(13)，第一夾緊座框(12)的頂部與七連桿雙自由度閉鏈機構(16)輸出端固連。【文檔編號】G01M17/007GK205593757SQ201620231010【公開日】2016年9月21日【申請日】2016年3月24日【發明人】陳剛,汪俊,王紀偉【申請人】南京理工大學