本实用新型属于汽车自动驾驶领域，具体是一种汽车无人驾驶机器人。
背景技术：
近年来，汽车工业快速发展，汽车的普及极大地便利了人们的生产和生活。但是，由于长时间的开车，驾驶员会产生疲劳。对于驾驶员来说，开车不仅是时间的损耗，还是精力的损耗。伴随着智能化技术以及自动化技术的发展，人们需求一种能够代替自己完成驾驶操作的机器人。在车辆试验中，由于要获得大量的数据，就需要对车辆做大量的试验。如果是人来驾驶车辆进行试验，很容易发生事故，利用无人驾驶机器人则可以很好的解决这个问题，并且提高试验的效率以及精度。而且，将驾驶机器人应用于核电站、重化工等存在严重污染的场合时，可以减轻人类的劳动强度，降低恶劣环境对人体造成的伤害，提高试验结果的客观性与准确性。
目前驾驶机器人转向机械手在结构和驱动方式上主要有以下几种：中国专利201410174404.2公开了一种汽车自动驾驶机器人。它的方向盘控制结构主要是由一个盘式中空电机驱动，通过电机转动一定角度以及速度来控制转向柱运动，从而带动车轮转动。该装置在紧急断电的情况下会失去对转向柱的控制能力，同时人可以转定方向盘来控制汽车以应对紧急情况。但是，这种装置仍然需要驾驶员的干预，没有完全解放驾驶员。
中国专利201410392104.1公开了一种用于汽车试验的高性能自主驾驶机器人，其方向盘控制部分由夹持装置和转向部分组成，但是夹持装置结构复杂，而且装置倾斜，在汽车行驶过程中，存在稳定性问题。
中国专利201710164083.1公开了一种汽车驾驶机器人转向机械手，其主要由方向盘夹持装置、转动装置、位置调整结构三部分组成。通过伺服电机驱动，经过联轴器，实现对方向盘的转动要求。但是电机倾斜，而且立杆需要承受电机的重力，保持一定的角度，在汽车的长时间行驶过程中容易出现问题。
目前换挡机械手结构和驱动方式主要有：中国专利200420027440.8公开了一种七连杆双自由度闭链换挡机械手，其换挡机械手使用两个气缸进行驱动，优点结构简单，柔性好，缺点在于需要气源，增加了系统结构重量，同时由于气体压缩性比较大，造成精度低。
中国专利CN 103631144 A公开了一种电磁驱动汽车驾驶机器人，其换挡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挡选档操作产生位移偏移，影响后续挂档换挡精度。
中国专利CN 1058655805 A公开了一种用于汽车实验的电磁驱动驾驶机器人，换挡机械手部分仍采用七连杆机构，实现了机械上的解耦，电机采用“伺服电机+伺服电机”，整体系统质量较大，装置比较复杂。
目前驾驶机器人机械腿在结构和驱动方式上主要有以下几种：中国专利 CN 1621990A公开了一种汽车实验用气电混合式驾驶机器人，其离合、制动机械腿采用带锁气缸驱动，其优点是具有人类驾驶员肌肉的快速性和柔顺性，缺点是定位控制难度大、气源的获取比较困难。其油门机械腿采用“电机+减速齿轮”，其优点是定位精度高，缺点是安装的精度要求比较高、结构复杂。
中国专利CN 106932205 A公开了一种基于直线电机驱动的汽车驾驶机器人，其驾驶机械腿采用“直线电机+连杆机构”，这种结构定位精度高、反应迅速，缺点是无紧急情况下的应急机构，安全性较低。
中国专利CN 102435442 B公开了一种用于车辆道路试验的自动驾驶机器人，其驾驶机械腿采用“电机+丝杠”结构，这种结构控制精度高、速度响应快，缺点是稳定性差。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种汽车无人驾驶机器人，在正常驾驶以及汽车试验中，本实用新型可以完全替代驾驶员进行汽车驾驶，减轻人类的劳动。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种汽车无人驾驶机器人，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，所述三条机械腿是离合机械腿、制动机械腿和油门机械腿，所述三条机械腿控制结构是离合机械腿控制结构、制动机械腿控制结构和油门机械腿控制结构，机械腿机箱设置在车辆中的驾驶座位上，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，所述换挡机械手控制结构包括角度位移传感器，直线位移传感器。
优选地，所述转向机械手部分包括下底板、四条臂杆、丝杠、丝杠导杆、上顶板、大螺杆、小螺杆、电机夹板、伺服电机、万向联轴器、第一减速器、连接轴、转向爪盘、转向抓手；其中，两个大螺杆平行放置在换挡机械手机箱上，下底板安装在两个大螺杆间并且下底板的两端分别和两个大螺杆连接，下底板可以沿着大螺杆轴向移动，四条臂杆分为两组，每组两条臂杆组成剪叉式结构连接下底板和上顶板，丝杠连接在上顶板上，通过丝杠导杆连接臂杆，另外两个小螺杆平行安装在上顶板上，伺服电机由电机夹板夹住，套在两个小螺杆上，可以沿着小螺杆轴向移动，第一减速器与伺服电机连接，连接轴一端与第一减速器输出端连接，另一端连接万向联轴器，万向联轴器输出端与转向爪盘固定连接，转向抓手设置三个，固定在转向爪盘上，且与方向盘活动连接。
优选地，所述的转向爪盘包括大臂、小臂；其中转向爪盘与万向联轴器固定连接，大臂沿着转向爪盘轴向设置，小臂通过螺母连接在大臂上，转向抓手固定在小臂上。
优选地，所述换挡机械手控制结构包括导轨、旋转杆二自由度机构、支撑机构、一个直线旋转电机，直线旋转电机固定在导轨的导轨座上，导轨座固定在换挡机械手机箱上，直线旋转电机的转轴一端与第二减速器固连，第二减速器底部与导轨固连，旋转杆二自由度机构包括一个导轨、三个旋转杆一个第二减速器、两个固定杆，旋转杆由两个带槽的杆件组成，通过用螺母、螺杆固定槽的位置来调节旋转杆长短，电机的输出轴既是直线又是旋转的输出轴，第二减速器的另一端和一个旋转杆转动连接，三个旋转杆通过两个固定杆联接，另外两个旋转杆与导轨通过转动联接。
优选地，所述的支撑结构由支撑装置、固定导轨滑道、三角固定架组成，用来支撑导轨和旋转杆二自由度机构。
优选地，所述换挡机械手包括锁紧连接块、手臂杆、球头手柄和机械卡爪，手臂杆一端与连接两个旋转杆的固定杆相连，锁紧连接块套在手臂杆上，通过调节旋转杆件的长度来控制机械卡爪的上下移动，机械手卡爪内设置有固定装置，固定装置由一片设有凹槽的铁片和螺纹杆组成，固定装置将变速杆进一步通过带凹槽的铁片限定位置，通过螺母进行固定。
优选地，所述离合机械腿控制结构包括第一吊环组、第一移动板、第一直线电机、第一机械腿推动杆、第一大挡板、第一弹簧、第一小挡板、第一螺栓联接、第一夹板组，第一吊环组、第一直线电机、第一大挡板与第一夹板组分别固定在第一移动板上，第一机械腿推动杆与第一直线电机固接，第一弹簧分别与第一大挡板和第一小挡板固接，第一大挡板开有一孔使其不妨碍第一机械腿推动杆的前后移动，第一小挡板与第一机械腿推动杆固接，第一螺栓联接连接第一夹板组的上下夹板。
优选地，所述制动机械腿控制结构包括第二吊环组、第二移动板、第二直线电机、第二机械腿推动杆、第二大挡板、第二弹簧、第二小挡板、第二螺栓联接、第二夹板组，第二吊环组、第二直线电机、第二大挡板与第二夹板组分别固定在第二移动板上，第二机械腿推动杆与第二直线电机固接，第二弹簧分别与第二大挡板和第二小挡板固接，第二大挡板开有一孔使其不妨碍第二机械腿推动杆的前后移动，第二小挡板与第二机械腿推动杆固接，第二螺栓联接连接第二夹板组的上下夹板。
优选地，所述油门机械腿控制结构包括第三吊环组、第三移动板、第三直线电机、第三机械腿推动杆、第三小挡板、第三弹簧、第三大挡板、第三螺栓联接、第三夹板组，第三吊环组、第三直线电机、第三大挡板与第三夹板组分别固定在第三移动板上，第三机械腿推动杆与第三直线电机固接，第三弹簧分别与第三小挡板和第三大挡板固接，第三大挡板开有一孔使其不妨碍第三机械腿推动杆的前后移动，第三小挡板与第三机械腿推动杆固接，第三螺栓联接连接第三夹板组的上下夹板。
本实用新型具有以下有益效果：(1)转向机械手采用剪叉式结构，可以自由调节转向机械手上下移动；(2)转向机械手水平放置，有助于电机的正常输出；(3)采用了直线旋转电机，减轻了总体质量和体积，同时实现了机械上的解耦，通过导轨直线运动进行选档，旋转杆旋转运动进行挂挡的二个动作；(4)驾驶机械腿采用了“电机+弹簧”的结构，使其在紧急情况下能够在自身机械结构的作用下实现紧急制动；(5)驾驶机械腿的电机固定在移动板上，使其可以根据不同车型的踏板间距离调节三条机械腿控制结构左右移动，提高了无人驾驶机器人的适应性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本实用新型汽车无人驾驶机器人的总体结构示意图。
图2为本实用新型汽车无人驾驶机器人的侧视图。
图3为本实用新型汽车无人驾驶机器人的俯视图。
图4为本实用新型汽车无人驾驶机器人的转向机械手部分结构示意图。
图5为本实用新型汽车无人驾驶机器人的转向机械手上转向抓手的结构示意图。
图6为本实用新型汽车无人驾驶机器人的换挡机械手和机械腿的俯视图。
图7为本实用新型汽车无人驾驶机器人的离合器机械腿控制环节结构示意图。
图8为本实用新型汽车无人驾驶机器人的制动器机械腿控制环节结构示意图。
图9为本实用新型汽车无人驾驶机器人的油门机械腿控制环节结构示意图。
图10为本实用新型汽车无人驾驶机器人的机械腿结构示意图。
图11为本实用新型汽车无人驾驶机器人的离合器、制动器、油门机械腿的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
结合图1-4，所述的转向机械手包括伺服电机1、电机夹板2、小螺杆3、第一减速器4、连接轴5、万向联轴器6、转向抓手7、小臂8、大臂9、转向爪盘10、上顶板11、臂杆12、下底板13、丝杠14、大螺杆15、丝杠导杆16。
从图2-4中可以清楚看出，两个大螺杆15平行放置在换挡机械手机箱上，下底板13安装在两个大螺杆15之间，下底板13可以沿着大螺杆15作轴向移动，以调整驾驶机器人转向机械手与汽车方向盘左右之间的距离，待下底板 13移动到合适的位置，用八个螺母固定下底板，防止驾驶机器人在正常工作时下底板发生左右移动；四条臂杆12组成剪叉式结构，丝杠14通过丝杠导杆16 与臂杆12-1连接，通过旋转丝杠14，带动丝杠导杆16沿着丝杠作轴向移动，从而带动臂杆12-1沿着上顶板11的槽运动，继而带动臂杆12-2沿着下底板13的槽运动，从而改变上顶板11的高度，适应不同高度的方向盘；小螺杆3平行放置在上顶板11上，电机夹板2通过螺栓连接将伺服电机1安装在两根小螺杆3 上，电机夹板2可以沿着小螺杆2作轴向移动，以调整转向机械手与汽车方向盘前后之间的距离，待电机夹板移动到合适的位置，用四个螺母固定电机夹板2 的运动；第一减速器4与伺服电机1连接，可以实现增大扭矩的作用，第一减速器4的输出轴通过连接轴5与万向联轴器6相连接；转向爪盘10与万向联轴器 6连接，转向爪盘10上的小臂8可以在大臂9上移动，以适应不同直径大小的方向盘，待小臂移动到合适的位置后，用螺母固定住。
如图5所示，所述转向抓手由摆动杆7-1、连接杆7-2、抓手架7-3、螺母 7-4组成；连接杆7-2上有螺纹，通过移动连接杆7-2，可以实现摆动杆7-1在抓手架7-3上转动，抓住方向盘时，用摆动杆7-1和抓手架7-3之间的空隙抓住方向盘，待连接杆7-2移动到合适的位置时，用螺母7-4固定，从而实现转向抓手抓住方向盘的操作。
如图6所示，所述换挡机械手结构包括导轨17、直线旋转电机18、输出轴19、导轨座20、换挡机械手机箱21、第二减速器22、第二减速器底座23、三个旋转杆24、25、26、固定杆27、28、锁紧连接块29、手臂杆30、球头手柄 31和机械卡爪32，有凹槽的铁片33、螺纹杆34、支撑装置80、固定导轨滑道 81、三角固定架82。
结合图6，所述换挡机械手控制机构包括导轨17和旋转杆二自由度机构、一个直线旋转电机18，直线旋转电机18固定在直线导轨的导轨座20上，导轨座20固定在换挡机械手机箱21上。直线旋转电机18的转轴一端与第二减速器 22固连，第二减速器22底部与导轨17固连。导轨17和旋转杆二自由度机构包括一个导轨17、三个旋转杆24、25、26，一个第二减速器22，两个固定杆27、 28，旋转杆由两个带槽的杆件组成，可以通过用螺母、螺杆固定槽的位置来调节旋转杆长短，电机的输出轴19既是直线又是旋转的输出轴，减速器22的另一端和一个旋转杆24转动连接，三个旋转杆24、25、26通过两个固定杆27、28联接，另外两个旋转杆25、26与导轨17通过转动联接。支撑装置80与三角固定架82下部通过螺纹连接与机械腿侧壁连接，上部与固定导轨滑道81固连，导轨滑道81承载导轨和旋转杆二自由度机构。
所述机械手包括锁紧连接块29、手臂杆30、球头手柄31和机械卡爪32，手臂杆30一端与连接两个旋转杆的固定杆28相连，锁紧连接块29套在手臂杆 30，通过调节旋转杆件的长度来控制机械卡爪32的上下移动，机械手卡爪32 内有进一步固定装置，固定装置由一片设有凹槽的铁片33和螺纹杆34组成。固定装置将变速杆进一步通过带凹槽的铁片33限定位置，通过螺母进行固定。
结合图7,所述离合机械腿控制结构包括吊环组35、移动板36、直线电机37、机械腿推动杆38、大挡板39、弹簧40、小挡板41、螺栓联接42、夹板组43，吊环组35、直线电机37、大挡板39与夹板组43分别固定在移动板36 上，机械腿推动杆38与直线电机37固接，弹簧40分别与大挡板39和小挡板 41固接，大挡板39开有一孔使其不妨碍机械腿推动杆38的前后移动，小挡板 41与机械腿推动杆38固接，螺栓联接42连接夹板组43的上下夹板。
结合图8,所述制动机械腿控制结构包括吊环组44、移动板45、直线电机46、机械腿推动杆47、大挡板48、弹簧49、小挡板50、螺栓联接51、夹板组52，吊环组44、直线电机46、大挡板48与夹板组52分别固定在移动板45 上，机械腿推动杆47与直线电机46固接，弹簧49分别与大挡板48和小挡板 50固接，大挡板48开有一孔使其不妨碍机械腿推动杆47的前后移动，小挡板 50与机械腿推动杆47固接，螺栓联接51连接夹板组52的上下夹板。
结合图9,所述油门机械腿控制结构包括吊环组53、移动板54、直线电机55、机械腿推动杆56、小挡板57、弹簧58、大挡板59、螺栓联接60、夹板组61，吊环53组、直线电机55、大挡板59与夹板组61分别固定在移动板54 上，机械腿推动杆56与直线电机55固接，弹簧58分别与小挡板57和大挡板 59固接，大挡板59开有一孔使其不妨碍机械腿推动杆56的前后移动，小挡板 57与机械腿推动杆56固接，螺栓联接60连接夹板组61的上下夹板。
结合图10,11，所述三个机械腿执行环节结构相同，包括机械腿机箱底板 62、机械腿推动杆63、滑套64、机械腿大腿杆65、机械腿小腿杆、螺纹塞69、卡爪70、夹板71、支撑板72，其中机械腿小腿杆包括上螺纹杆66、螺纹套筒67、下螺纹杆68，上螺纹杆66与下螺纹杆68螺纹旋向相反，机械腿机箱底板 62开有一导向槽74，夹板71与机械腿机箱底板62通过导向槽74螺栓联接，大腿杆65与支撑板72转动连接，夹板71与支撑板72固接，滑套64设有一凸起与机械腿推动杆63转动连接，机械腿大腿杆65与机械腿小腿杆转动连接，下螺纹杆68与螺纹塞69球铰链连接，螺纹塞69与卡爪70螺纹连接。
结合图11，导向杆78和导向杆79分别固接在机械腿机箱侧板73上，吊环组35、吊环组44、吊环组53分别与导向杆79滑动连接，夹板组43、夹板组 52、夹板组61分别与导向杆78滑动连接。通过螺栓联接的旋合程度，可控制夹板组43、夹板组52、夹板组61的张合程度，使夹板组固定在导向杆78的某一位置，结合吊环组在导向杆79上左右移动，即可实现机械腿控制环节的左右移动。结合图11，通过螺栓联接的旋合程度和导向槽74的导向作用，可实现机械腿执行环节的左右移动及固定。通过机械腿控制和执行环节的左右同步移动，可适应不同车型的踏板距离。
结合图7，直线电机37在最大行程时，弹簧40处于原长状态。在踩离合踏板的运动过程中，直线电机37输出力作用在机械腿推动杆38上，推动机械腿推动杆38向前移动，同时，弹簧40开始拉伸。
结合图8，直线电机46在最大行程时，弹簧49处于原长状态。在踩制动踏踏板的运动过程中，直线电机46输出力作用在机械腿推动杆47上，推动机械腿推动杆47向前移动，同时，弹簧49开始拉伸。
结合图9，直线电机55在最小行程时，弹簧58处于原长状态。在踩油门踏板的运动过程中，直线电机55输出力作用在机械腿推动杆56上，推动机械腿推动杆56向前移动，同时，弹簧58开始压缩。发生紧急情况时，通过弹簧40、弹簧49、弹簧58的回复力，实现踩离合、踩刹车、松油门的动作。
结合图10，机械腿推动杆63推动滑套64在机械腿大腿杆65上下移动，控制机械腿大腿杆65的旋转角度，实现踩下和抬起踏板的动作。通过螺纹套筒 67沿轴线的顺逆时针的旋转，可以调节小腿杆的长度，达到适应不同车型的目的。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。