一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人的制作方法【专利摘要】本发明公开了一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，包括机械手机箱、机械手、机械手控制机构、机械腿机箱、三条机械腿和三个机械腿控制机构；机械腿机箱顶部与机械手机箱底部固连，机械手通过机械手控制机构与机械手机箱连接，三条机械腿分别通过三个机械腿控制机构与机械腿机箱连接。在重复性高、持续时间长、安全性未能得到充分保障的汽车试验中，本发明可以完全代替人类驾驶员进行汽车试验，并且能够使得实验结果更加精确、客观。【专利说明】一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人
技术领域：
[0001]本发明属于汽车试验自动驾驶技术，具体涉及一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人。【
背景技术：
】[0002]近年来，随着汽车的普及，汽车安全问题成为社会的普遍共识，同时随着汽车保有量的不断增加，汽车尾气中的有害物质造成了环境污染问题，严重影响人们的生活品质。因此，在一款汽车进入市场前，必须对其进行严格的安全测试及重复循环的排放测试。显而易见，在这样的试验环境及条件下，并不适合驾驶员进行试验，首先会对驾驶员的身体造成一定伤害，其次，重复试验条件下，驾驶员的操作会产生较大的误差。因此，应用驾驶机器人于汽车试验中，可以提高试验效率，提高试验精度。[0003]国外对汽车驾驶机器人的研究已经进行了很多年，其技术已然成熟，应用十分广泛，但是国外公司对自己产品的技术资料严格保密，不对外公布。比较著名的有美国FroudeConsine、Kairos，日本Horiba、Autopilot、NissanMotor、Onosokk1、Automax，德国Schenck、Stable、Witt，英国Mira、ABD等。[0004]国内于二十世纪九十年代中期开始进行驾驶机器人的研究工作，起步相对较晚，主要是一些汽车研究机构和高等院校，最具代表性的是东南大学与南京汽车研究所研制的DNC系列驾驶机器人，这是我国首个具有自主产权的驾驶机器人。近年来，南京理工大学、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、太原理工大学、中国汽车技术研究中心等高校和研究机构也相继开始研究车辆自动驾驶机器人。[0005]目前驾驶机器人机械手的驱动方式主要有以下几种:中国专利200420027440.8公开了一种七连杆双自由度闭链换档机械手，其换挡机械手使用两个气缸作为驱动，优点是结构简单，柔性好，缺点在于需要气源，增加了系统结构及重量，同时由于气体压缩性比较大，造成精度低。[0006]中国专利201410797965.8公开了一种汽车同步器试验台换挡机械手及其控制装置，其换挡机械手采用“电机+气缸”作为驱动，通过伺服电机完成选挡动作，气缸完成挂档动作，操作简单，可模拟人手的换挡效果，其缺点在于将气缸倾斜布置在选挡轴和换挡摇臂之间，造成系统震动较大，影响换挡效果，同时稳定性差。[0007]中国专利CN102393308B公开了一种用于汽车试验的驾驶机器人，其换挡机械手采用“伺服电机+伺服电机”作为驱动，分别完成选换挡操作。此换挡机械手可适应不同类型，不同换挡形式的车辆，但是由于两个电机采用垂直分布方式，造成系统结构不紧凑，占用空间比较大。[0008]中国专利CN103631144A公开了一种电磁驱动汽车驾驶机器人，其换档机械手采用电磁直线执行器直接驱动。但是其电磁直线执行器直接与机械手相连易由于换档选档操作产生位移偏移，影响后续挂档换档精度。[0009]且上述专利均存在一个共同的问题，驱动装置与机械手直接相连，机械手的运动会造成驱动装置产生一定的偏移从而影响换挡挂档精度。[0010]目前驾驶机器人机械腿的装置在结构和驱动方式上主要有以下几种:中国专利CN2793786Y公开了一种用于汽车制动和离合器踏板的气动控制装置，其机械腿采用“气动伺服+连杆机构”，这种结构采用气压驱动的方式，定位控制难度大，在实车自动驾驶过程中，气源的获取比较困难。[0011]中国专利200410065844.0公开了一种汽车试验用气电混合式驾驶机器人，其机械腿采用“电机+减速齿轮”，利用旋转步进电机并通过减速齿轮传递扭矩，驱动驾驶机器人的油门机械腿，但这种结构对安装的精度要求比较高，结构复杂。[0012]中国专利CN103631144A公开了一种电磁驱动汽车驾驶机器人，其机械腿脚板及机械腿小腿杆与机械腿大腿杆采用球铰链连接，此连接方式不能将电机的输出力及时传递给机械腿，会损耗较多的力。此专利中的机械腿大腿杆与小腿杆之间的连接在调节机械腿长度适应不同车型时，不能较好的固定，容易在机械腿的运动中产生滑动，造成试验精度降低。【
发明内容】[0013]本发明的目的在于提供一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，在重复性高、持续时间长、安全性未能得到充分保障的汽车试验中，本发明可以完全代替人类驾驶员进行汽车试验，并且能够使得实验结果更加精确、客观。[0014]实现本发明目的的技术解决方案为:一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，包括机械手机箱、机械手、机械手控制机构、机械腿机箱、三条机械腿和三个机械腿控制机构;机械腿机箱顶部与机械手机箱底部固连，机械手通过机械手控制机构与机械手机箱连接，三条机械腿分别通过三个机械腿控制机构与机械腿机箱连接。所述三个机械腿控制机构结构相同，相互平行设置，机械腿控制机构采用第一直流直线电机，第一直流直线电机一端固定在机械腿机箱上，另一端与机械腿连接。[0015]所述机械腿控制机构还包括直线位移传感器，直线位移传感器设置在第一直流直线电机上。[0016]所述的机械腿包括螺纹杆、机械腿小腿杆、机械腿大腿杆、机械腿卡爪、机械腿推动杆、小腿连杆和滑套，机械腿推动杆一端伸入机械腿机箱与直流直线电机连接，机械腿大腿杆一端与机械腿小腿杆一端连接，另一端与机械腿卡爪连接，机械腿小腿杆另一端与小腿连杆一端转动连接，机械腿小腿杆和小腿连杆上分别设有吊耳，上述两个吊耳螺纹方向相反，两个吊耳通过螺纹杆连接;小腿连杆另一端设有滑套，滑套与机械腿机箱转动连接，吊耳与滑套之间的小腿连杆上设有凸起，通过所述凸起与机械腿推动杆转动连接。[0017]所述机械腿还包括力传感器，力传感器设置在控制制动的机械腿大腿杆上。[0018]所述机械手控制机构包括七连杆双自由度闭链机构、曲柄滑块机构和两个第二直流直线电机，曲柄滑块机构和两个第二直流直线电机均设置在机械手机箱内，两个第二直流直线电机平行设置，一端分别与机械手机箱固连，七连杆双自由度闭链机构包括一个输出杆、一个固定杆和两个输入端，两个输入端分别为第一摇杆和第二摇杆，固定杆与机械手机箱转动连接，一个第二直流直线电机的另一端通过法兰盘与第一摇杆转动连接，另一个第二直流直线电机的另一端通过法兰盘与曲柄滑块机构的输入端连接，曲柄滑块机构的输出端与第二摇杆转动连接，七连杆双自由度闭链机构的输出杆与机械手连接。[0019]所述机械手控制机构还包括角度位移传感器，所述角度位移传感器设置在第二直流直线电机的法兰盘上。[0020]所述机械手包括锁紧连接块、手臂杆、球头手柄、手臂垂直调节杆和机械手卡爪，手臂杆一端与七连杆双自由度闭链机构的输出杆固连，锁紧连接块套在手臂杆上，球头手柄非球头端与锁紧连接块固连，球头手柄的球头端设有凹槽，手臂垂直调节杆一端与凹槽通过螺纹连接，另一端设有机械手卡爪。[0021]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:(I)采用了曲柄滑块机构，将电机的直线运动以转动的形式传递给七连杆机械手，让电机不直接与机械手相连接，从而避免了机械手换挡挂档时使电机固定端强制位移产生不必要的误差，提高了精度。[0022](2)采用外置吊耳结构配上左右旋螺纹可以方便的调节机械腿的角度，以适应不同的车型。[0023](3)通过锁紧连接块、手臂垂直调节杆可对机械手卡爪的水平位置和垂直位置进行调节。[0024](4)通过角位移传感器可以实时监测机械手的位置，通过直线位移传感器和力传感器可以方便的获得机械腿的位置和运动加速度，极大的提高了试验的精度。[0025](5)在重复性高、持续时间长、安全性未能得到充分保障的汽车试验中，本发明可以完全代替人类驾驶员进行汽车试验，并且能够使得实验结果更加精确、客观。【附图说明】[0026]图1为本发明用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人的总体结构示意图。[0027]图2为本发明用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人的俯视图。[0028]图3为本发明用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人的机械手示意图。[0029]图4为本发明用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人的机械腿的结构示意图。[0030]图5为本发明用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人的机械腿的俯视图。[0031]图6为图5的A-A剖视图。[0032]图7为机械腿工作原理图。【具体实施方式】[0033]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。[0034]结合图1至图6，一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，包括机械手机箱1、机械手、机械手控制机构、机械腿机箱30、三条机械腿和三个机械腿控制机构。机械腿机箱30顶部与机械手机箱I底部固连，机械手通过机械手控制机构与机械手机箱I连接，三条机械腿分别通过三个机械腿控制机构与机械腿机箱30连接，且三条机械腿位于机械腿机箱30的同一个侧面。[0035]结合图5，所述三个机械腿控制机构结构相同，相互平行设置，机械腿控制机构采用第一直流直线电机27，第一直流直线电机27—端固定在机械腿机箱30上，另一端与机械腿连接。[0036]机械腿控制机构还包括直线位移传感器28，直线位移传感器28设置在第一直流直线电机27上。[0037]结合图1、图5、图6和图7，所述的机械腿包括螺纹杆6、机械腿小腿杆7、机械腿大腿杆8、机械腿卡爪9、机械腿推动杆29、小腿连杆31和滑套32，机械腿推动杆29—端伸入机械腿机箱30与直流直线电机27连接，机械腿大腿杆8—端与机械腿小腿杆7—端连接，另一端与机械腿卡爪9连接，机械腿小腿杆7另一端与小腿连杆31—端转动连接，机械腿小腿杆7上设有吊耳5，小腿连杆31上设有吊耳5，上述两个吊耳5螺纹方向相反，两个吊耳5通过螺纹杆6连接;小腿连杆31另一端设有滑套32，滑套32与机械腿机箱30转动连接，吊耳5与滑套32之间的小腿连杆31上设有凸起，通过所述凸起与机械腿推动杆29转动连接。[0038]机械腿还包括力传感器10，力传感器10设置在控制制动的机械腿大腿杆8上。[0039]结合图1、图2和图3，所述机械手控制机构包括七连杆双自由度闭链机构17、曲柄滑块机构25和两个第二直流直线电机11，曲柄滑块机构25和两个第二直流直线电机11均设置在机械手机箱I内，为保证输出位移足以完成换挡挂档动作，两个直流直线电机11均固连于机械手机箱I的凸台处从而对位移进行补偿。七连杆双自由度闭链机构17—端伸入机械手机箱I，两个第二直流直线电机11平行设置，一端分别与机械手机箱I固连，七连杆双自由度闭链机构17包括一个输出杆16、一个固定杆15和两个输入端，两个输入端分别为第一摇杆24和第二摇杆19，固定杆15与机械手机箱I转动连接，一个第二直流直线电机11的另一端通过法兰盘与第一摇杆24转动连接，另一个第二直流直线电机11的另一端通过法兰盘与曲柄滑块机构25的输入端连接，曲柄滑块机构25的输出端与第二摇杆19转动连接，七连杆双自由度闭链机构17的输出杆16与机械手连接。[0040]机械手控制机构还包括角度位移传感器，所述角度位移传感器设置在第二直流直线电机11的法兰盘上。[0041]结合图3，机械手包括锁紧连接块23、手臂杆2、球头手柄3、手臂垂直调节杆26和机械手卡爪4，手臂杆2—端与七连杆双自由度闭链机构17输出杆16固连，锁紧连接块23套在手臂杆2上，球头手柄3非球头端与锁紧连接块23固连，球头手柄3的球头端设有凹槽，手臂垂直调节杆26—端与凹槽通过螺纹连接，另一端设有机械手卡爪4。通过将锁紧连接块23设置在手臂杆2的不同位置，从而达到调节机械手卡爪4的水平位置的目的；通过调节手臂垂直调节杆26旋入凹槽的深度，达到调节机械手卡爪4的垂直位置的目的。[0042]实施例1一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，包括机械手机箱1、机械手、机械手控制机构、机械腿机箱30、三条机械腿和三个机械腿控制机构。机械腿机箱30顶部与机械手机箱I底部固连，放置在驾驶座椅上进行自动驾驶试验。机械手通过机械手控制机构与机械手机箱I连接，三条机械腿分别通过三个机械腿控制机构与机械腿机箱30连接。[0043]所述三个机械腿控制机构结构相同，相互平行设置，机械腿控制机构采用第一直流直线电机27，第一直流直线电机27—端固定在机械腿机箱30上，另一端与机械腿固连，可以实时输出用于机械腿控制汽车踏板运动所需的力。[0044]机械腿控制机构还包括直线位移传感器28，直线位移传感器28设置在第一直流直线电机27上，可以及时获取机械腿的位置，方便控制第一直流直线电机输出力的大小。[0045]所述的机械腿包括螺纹杆6、机械腿小腿杆7、机械腿大腿杆8、机械腿卡爪9、机械腿推动杆29、小腿连杆31和滑套32，机械腿推动杆29—端伸入机械腿机箱30与直流直线电机27固定连接，机械腿大腿杆8—端与机械腿小腿杆7—端采用螺纹连接，机械腿小腿杆7上有外螺纹，机械腿大腿杆8上有内螺纹，通过控制机械腿小腿杆7旋入机械腿大腿杆8的深度来调节机械腿的总长度以适应不同车型的无损安装。机械腿大腿杆8另一端与机械腿卡爪9采用螺纹连接，通过旋转机械腿大腿杆8来将汽车踏板固定在机械腿卡爪9中。机械腿小腿杆7另一端与小腿连杆31—端转动连接，以调节机械腿张开的角度，便于与汽车踏板无损安装。机械腿小腿杆7上设有吊耳5，小腿连杆31上设有吊耳5，上述两个吊耳5均通过转动连接的方式与机械腿小腿杆7和小腿连杆31相连，上述两个吊耳5螺纹方向相反，两个吊耳5通过螺纹杆6采用螺纹连接，可以通过旋转螺纹杆6调节小腿连杆31和机械腿小腿杆7的角度，实现驾驶机器人的快速安装;小腿连杆31另一端设有滑套32，滑套32与机械腿机箱30转动连接，通过机械腿推动杆29传递的第一直流直线电机的输出力，可以控制机械腿的运动。吊耳5与滑套32之间的小腿连杆31上设有凸起，通过所述凸起与机械腿推动杆29转动连接。[0046]机械腿还包括力传感器1，力传感器1设置在控制制动的机械腿大腿杆8上，可以方便的获得控制制动的机械腿上力的大小，结合直线位移传感器获得的位移的大小，可以方便的得到控制制动的机械腿运动的速度。[0047]所述机械手控制机构包括七连杆双自由度闭链机构17、曲柄滑块机构25和两个第二直流直线电机11，曲柄滑块机构25和两个第二直流直线电机11均设置在机械手机箱I内，为保证输出位移足以完成换挡挂档动作，两个直流直线电机11固连于机械手机箱I的凸台从而对位移进行补偿，放置在驾驶座椅上进行自动驾驶试验。七连杆双自由度闭链机构17一端伸入机械手机箱I，两个第二直流直线电机11平行设置，一端分别与机械手机箱I固连，可以实时输出用于机械手控制挂档、选档运动所需的力。七连杆双自由度闭链机构17包括一个输出杆16、一个固定杆15和两个输入端，两个输入端分别为第一摇杆24、第二摇杆19，固定杆15与机械手机箱I转动连接，一个第二直流直线电机11的另一端通过法兰盘与第一摇杆24转动连接，将电机的力通过摇杆输出；另一个第二直流直线电机11的另一端通过法兰盘与曲柄滑块机构25的输入端连接，曲柄滑块机构25的输出端与第二摇杆19转动连接，将电机的力通过曲柄进行输出。七连杆双自由度闭链机构17输出杆16与机械手连接。[0048]机械手控制机构还包括角度位移传感器，所述角度位移传感器设置在第二直流直线电机11的法兰盘上。传感器对位置进行检测，将力直接转化为偏移角度进行输出。[0049]机械手包括锁紧连接块23、手臂杆2、球头手柄3、手臂垂直调节杆26和机械手卡爪4，手臂杆2—端与七连杆双自由度闭链机构17输出杆16固连，锁紧连接块23套在手臂杆2上，球头手柄3非球头端与锁紧连接块23固连，球头端设有凹槽，手臂垂直调节杆26—端与凹槽通过螺纹连接，另一端设有机械手卡爪4。用于调节换挡机械手的垂直位置以适应用于不同车型，它由手臂水平调节机构进行螺栓固定连接，通过与机械手卡爪4的配合将汽车变速器换挡手柄夹紧固定，从而实现换挡手柄的操纵。通过将锁紧连接块23设置在手臂杆2的不同位置，从而达到调节机械手卡爪4的水平位置的目的;通过调节手臂垂直调节杆26旋入凹槽的深度，达到调节机械手卡爪4的垂直位置的目的。[0050]工作原理:结合图7，在踩汽车踏板的运动过程中，通过第一直流直线电机27输出的力作用在机械腿推动杆29上，机械腿推动杆29推动小腿连杆31沿着滑套32做往复运动，随着滑套32绕着机械腿机箱30的转动，可以将电机的水平直线运动转化为沿着汽车踩踏板方向的运动。直线位移传感器28随着机械腿推动杆29的运动而运动可以实时反馈机械腿的运动状况，从而实现汽车行驶工况的要求。[0051]在挂挡和选挡运动中，通过第一摇杆24、第二摇杆19将第二直流直线电机11的电磁直线执行器的直线运动转化成旋转运动，同时传递电磁直线执行器的推力，利用选挡角位移传感器和挂挡角位移传感器测得换挡机械手当前转角坐标值。当控制选挡机械手的第二直流直线电机11运动的时，第二摇杆19保持位置不变，第一摇杆24绕转轴旋转运动，带动双自由度闭链机构17运动，实现汽车变速杆的选挡动作，通过选挡角位移传感器可以实时检测到选挡的位置。当控制挂挡机械手的第二直流直线电机11运动的时，第一摇杆24保持位置不变，第二摇杆19绕轴旋转，带动由挂挡连杆18、输出杆16运动，从而实现汽车变速箱操纵杆的挂挡和摘挡动作，通过挂挡角位移传感器得到挂挡的位置。选挡和挂挡两个方向的复合运动，可以实现各种变速器的所有挡位的换挡动作。输出杆16作为手臂杆，除传递力和完成运动之外，还提供了可供换挡机械手调节手臂长度的锁紧连接块23，通过这个调节机构实现机械手长度的调节，以适用于任何车型。由于不同车型的变速器换挡柄的具体位置不同，不仅水平位置不同，而且垂直位置也各不相同。通过手臂垂直调节机构26用于调节换挡机械手的垂直位置以适应用于不同车型，它由手臂水平调节机构进行螺栓固定连接，通过与机械手卡爪4的配合将汽车变速器换挡手柄夹紧固定，从而实现换挡手柄的操纵。考虑到电机运动时因杆件摆动产生的偏移量，通过曲柄滑块机构25消除偏移量以保证电机稳定输出。第二直流直线电机11与曲柄滑块机构25连接，将力通过曲柄滑块机构25传至挂档主动件实现挂档操作。【主权项】1.一种用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:包括机械手机箱(I)、机械手、机械手控制机构、机械腿机箱(30)、三条机械腿和三个机械腿控制机构；机械腿机箱(30)顶部与机械手机箱(I)底部固连，机械手通过机械手控制机构与机械手机箱(I)连接，三条机械腿分别通过三个机械腿控制机构与机械腿机箱(30)连接。2.根据权利要求1所述的用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:所述三个机械腿控制机构结构相同，相互平行设置，机械腿控制机构采用第一直流直线电机(27)，第一直流直线电机(27)—端固定在机械腿机箱(30)上，另一端与机械腿连接。3.根据权利要求2所述的用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:所述机械腿控制机构还包括直线位移传感器(28)，直线位移传感器(28)设置在第一直流直线电机(27)上。4.根据权利要求2所述的用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:所述的机械腿包括螺纹杆(6)、机械腿小腿杆(7)、机械腿大腿杆(8)、机械腿卡爪(9)、机械腿推动杆(29)、小腿连杆(31)和滑套(32)，机械腿推动杆(29)—端伸入机械腿机箱(30)与直流直线电机(27)连接，机械腿大腿杆(8)—端与机械腿小腿杆(7)—端连接，另一端与机械腿卡爪(9)连接，机械腿小腿杆(7)另一端与小腿连杆(31)—端转动连接，机械腿小腿杆(7)和小腿连杆(31)上分别设有吊耳(5)，上述两个吊耳(5)螺纹方向相反，两个吊耳(5)通过螺纹杆(6)连接;小腿连杆(31)另一端设有滑套(32)，滑套(32)与机械腿机箱(30)转动连接，吊耳(5)与滑套(32)之间的小腿连杆(31)上设有凸起，通过所述凸起与机械腿推动杆(29)转动连接。5.根据权利要求4所述的用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:所述机械腿还包括力传感器(10)，力传感器(10)设置在控制制动的机械腿大腿杆(8)上。6.根据权利要求1所述的用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:所述机械手控制机构包括七连杆双自由度闭链机构(17)、曲柄滑块机构(25)和两个第二直流直线电机(11)，曲柄滑块机构(25)和两个第二直流直线电机(11)均设置在机械手机箱(I)内，两个第二直流直线电机(11)平行设置，一端分别与机械手机箱(I)固连，七连杆双自由度闭链机构(17)包括一个输出杆(16)、一个固定杆(15)和两个输入端，两个输入端分别为第一摇杆(24)和第二摇杆(19)，固定杆(15)与机械手机箱(I)转动连接，一个第二直流直线电机(11)的另一端通过法兰盘与第一摇杆(24)转动连接，另一个第二直流直线电机(11)的另一端通过法兰盘与曲柄滑块机构(25)的输入端连接，曲柄滑块机构(25)的输出端与第二摇杆(19)转动连接，七连杆双自由度闭链机构(17)的输出杆(16)与机械手连接。7.根据权利要求6所述的用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:所述机械手控制机构还包括角度位移传感器，所述角度位移传感器设置在第二直流直线电机(11)的法兰盘上。8.根据权利要求6所述的用于汽车试验的电磁驱动驾驶机器人，其特征在于:所述机械手包括锁紧连接块(23)、手臂杆(2)、球头手柄(3)、手臂垂直调节杆(26)和机械手卡爪(4)，手臂杆(2)—端与七连杆双自由度闭链机构(17)的输出杆(16)固连，锁紧连接块(23)套在手臂杆(2)上，球头手柄(3)非球头端与锁紧连接块(23)固连，球头手柄(3)的球头端设有凹槽，手臂垂直调节杆(26)—端与凹槽通过螺纹连接，另一端设有机械手卡爪(4)。【文档编号】G01M17/007GK105865805SQ201610288985【公开日】2016年8月17日【申请日】2016年5月4日【发明人】金天亮,陈刚,王铮,王和荣【申请人】南京理工大学