專利名稱：滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠在汽車試驗中，代替人類駕駛員的電動式駕駛裝置。屬于汽車試驗自動駕駛裝置技術領域。
背景技術：
近年來，汽車保有量快速增長，導致汽車排放尾氣中的有害物質所造成的污染問題逐漸凸顯。為此，國家頒布并實施了嚴格的汽車排放標準以限制尾氣中有害物質的含量。耐久性循環(huán)試驗時間長，在試驗過程中車速跟蹤的準確性和重復性精度依賴于試驗人員的駕駛技巧和反應速度，而且循環(huán)車速不斷地改變，試驗要求車輛速度誤差必須控制在2km/h內，因而會降低排放試驗數(shù)據(jù)的可靠性。測功機設備發(fā)出的噪聲，車輛排放的尾氣對空氣環(huán)境的污染，長時間枯燥的駕駛均會對駕駛員造成一定的傷害。因此，需要用汽車試驗駕駛機器人來替代人類駕駛員進行試驗，使用汽車試驗駕駛機器人可以保證試驗數(shù)據(jù)的客觀性和準確性，減輕駕駛人員的疲勞，降低惡劣環(huán)境對試驗人員的傷害。此外，將汽車駕駛機器人應用于排放耐久性試驗，還可以縮短試驗時間，大幅度減少試驗費用，提高試驗效率。國外的汽車試驗發(fā)展起步較早，國外公司的機器人技術資料保密，不對外公開。研制這類機器人的公司主要有，日本小野株式會社(0N0S0KKI)、AUTOPILOT、HORIBA等公司等公司，美國的 LBECO 公司，英國的 MIRA、Froude Consine, Anthony Best Dynamics 等公司。國內的200410065844. 0號專利是描述駕駛機器人的。其利用步進電機控制油門，實現(xiàn)油門位置的精確定位。制動器、離合器以及換擋機械手使用汽缸作為動力源，通過相應的氣閥調節(jié)來實現(xiàn)快速的動作。由于氣體的壓縮性大，對速度和位置進行精確控制比較困難，并且阻尼效果不理想。現(xiàn)場機器人控制計算機根據(jù)駕駛動作要求，控制電機和汽缸完成駕駛動作和時序之間的配合。該機器人的油門機械腿只靠電力驅動，在試驗進行的過程中車輛正以某一時速行駛，如果由于某些因素造成電力突然中斷，那么該駕駛機器人的油門機械腿將停留在當前位置，無法自動回收抬起油門踏板，對于車輛及試驗人員存在一定的安全隱患。汽車試驗駕駛機器人的執(zhí)行機構通常包括油門機械腿，制動機械腿，離合器機械腿，換擋機械手。機械腿按照其驅動方式分為三類，包括液壓驅動，氣壓驅動和電機驅動三種基本類型。液壓驅動的缺點是對于含有液壓油元件的密封要求高，如果泄露將造成環(huán)境污染，管路結構復雜，維護要求高；氣壓驅動的氣體壓縮性大，對速度和位置的精確控制困難，阻尼效果差。電機驅動又可以分為普通交直流電機和伺服電機，普通交直流電機控制性能差，慣性大，不易精確定位；伺服電機的體積小，控制性能好，控制靈活性強，可以實現(xiàn)對速度和位置的精確控制。傳統(tǒng)的汽車試驗駕駛機器人機械腿的機械傳動形式，可采用齒輪齒條式，這種形式的優(yōu)點是定位精確，缺點是結構復雜，齒條行程大，整機尺寸大；角度控制二力桿式，優(yōu)點是結構簡單，免維護，但是控制復雜。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可以代替人類駕駛員，進行汽車試驗尤其是耐久性試驗的電動駕駛機械腿執(zhí)行機構。其能夠適應不同類型，在不對車輛進行改造的基礎上，安裝在駕駛室內。本發(fā)明的技術方案如下一種滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構，包括底板，設置在其上的機械腿和驅動單元，所述的機械腿包括伸縮桿外管、內管，球形萬向關節(jié)和使機械腿固定在踏板上的夾板，所述的驅動單元包括伺服電機和減速機、驅動桿、壓縮彈簧、鋼絲繩、大滑輪和小滑輪，小滑輪固定在底板上，大滑輪與輸出軸的軸套固定連接，大滑輪下端面與小滑輪的水平面相切，鋼絲繩一端纏繞在大滑輪上，通過小滑輪使鋼絲繩運動方向與大滑輪旋轉方向垂直，鋼絲繩的另一端與驅動桿后端固接；壓縮彈簧的前端固定，后端與驅動桿后端連接；驅動桿穿過減速機輸出軸的軸承座，前端與球形萬向關節(jié)的非轉動部分固定連接；機械腿的伸縮桿內管與球形萬向關節(jié)非轉動端連接，球形萬向關節(jié)的轉動部分與離合器踏板夾固定連接。作為優(yōu)選實施方式，所述的伺服電機和減速機固定在底板上，位于驅動桿和壓縮彈簧的一側；驅動桿由四根細桿構成，小滑輪邊緣與驅動桿的中心在一條水平線上；所述的驅動單元還包括用于檢測驅動桿的位移的直線位移傳感器，其輸出用于控制伺服電機；所述的底板為轉動底板。本發(fā)明的機械腿執(zhí)行機構采用伺服電機驅動，起動轉矩大，運行范圍廣，低振動；具有較高的響應速度、精度和頻率；具有優(yōu)良的控制特性。本發(fā)明的伺服電機和減速機固定在底板上，位于驅動桿和壓縮彈簧的一側，這樣的設計，使得結構更為緊湊。傳動機構采用滑輪鋼絲機構，結構緊湊，在傳動功率相同的條件下，空間占用最小，重量最輕，壽命長，造價低，安裝快捷方便。壓縮彈簧，驅動單元具有人一樣的肌肉彈性；另一方面，在電力突然中斷時，可以依靠壓縮彈簧自身的彈力，迅速收回執(zhí)行踏板，保證試驗的安全性。


圖1是本發(fā)明整機的側視圖。
圖2是本發(fā)明整機的俯視圖。
圖3是本發(fā)明整機的主視圖。
圖4是離合器機械腿驅動單元的側視圖。
圖5是制動器機械腿驅動單元的俯視圖。
圖6是油門機械腿驅動單元的俯視圖。
圖7是離合器機械腿的俯視圖。
圖8是換擋機械手的正視圖。
圖9是換擋機械手的側視圖。
圖10是換擋機械手俯視圖。
圖11是制動器機械腿的俯視圖。
圖12是油門機械腿的俯視圖。
其中包括整機固定底板1，轉動底板2，支腿滑動槽3，滑動支腿4，離合器機械腿驅動單元伸出端5，球形萬向關節(jié)非轉動部分6，軸承座7，直線位移傳感器8，銷軸9，小滑輪10，減速機固定支架11，壓縮彈簧12，驅動桿13，驅動桿座14，伺服電機15，減速機16，大滑輪17，軸套18，軸承19，制動器機械腿驅動單元伸出端20，球形萬向關節(jié)非轉動部分21，軸承座22，軸套23，大滑輪24，銷軸25，小滑輪沈，減速機固定支架27，減速機觀，伺服電機四，驅動桿座30，驅動桿31，壓縮彈簧32，直線位移傳感器33，軸承34，油門機械腿驅動單元伸出端35，球形萬向關節(jié)非轉動部分36，軸承座37，軸套38，大滑輪39，減速機固定支架40，減速機41，伺服電機42，驅動桿座43壓縮彈簧44，驅動桿45，直線位移傳感器46，小滑輪47，銷軸48，軸承49，機械腿外管50，鎖緊環(huán)51，踏板夾52，球形萬向關節(jié)53，機械腿內管M，軸承座55，軸承56，滑輪157，銷軸58，滑輪1159，漲套60，減速機固定支架61，彈簧62，選檔電機減速機63，滑軌64，滑臺65，換擋電機減速機66，角位移傳感器67，大臂68，L形調節(jié)臂69 (70)，換擋桿套筒71，軸承72，軸承座73，小臂74 (75)，直線位移傳感器76，制動機械腿外管77，鎖緊環(huán)78，制動踏板夾79，球形萬向關節(jié)80，制動機械腿內管81，油門機械腿外管82，鎖緊環(huán)83，油門踏板夾84，球形萬向關節(jié)85，油門機械腿內管86。
具體實施方案為了能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參閱圖1 圖3，本發(fā)明一種滑輪式駕駛機器人，包括機器人底座1，安放在駕駛員座椅上，機械腿執(zhí)行機構包括三個離合器油門機械腿執(zhí)行機構，制動機械腿執(zhí)行機構和離合器機械腿執(zhí)行機構。幾個執(zhí)行機構的結構和驅動方式一樣。下面分別對其進行描述。離合器機械腿驅動單元伸出端5插入離合器機械腿外管50中，離合器踏板夾52與離合器踏板連接，制動器機械腿驅動單元伸出端20插入制動器機械腿外管76中，制動器踏板夾78與制動器踏板連接，油門機械腿驅動單元伸出端伸出端35插入油門機械腿外管81中，油門機械腿踏板夾83與油門踏板連接，換擋機械手通過換擋桿套筒71與汽車換擋變速桿連接。調節(jié)滑動支腿4在支腿滑動槽3中滑動，使轉動底板平面與車輛踏板近似垂直，在駕駛機器人工作過程中減小電機驅動力損失，實現(xiàn)了對車輛的無損安裝。參閱圖4，離合器機械腿驅動單元采用伺服電機作為動力源，減速機16與伺服電機15采用緊抱式連接，伺服電機及其減速機由支架11固接在轉動底板2上，減速機輸出軸通過軸套18與軸承19伸入式連接。大滑輪17與減速機輸出軸套18固接，小滑輪10安裝在軸銷9上。大滑輪下端面與小滑輪的水平面相切。鋼絲繩一端纏繞在大滑輪上，通過小滑輪使鋼絲繩運動方向與大滑輪旋轉方向垂直，另一端與驅動桿13后端固接。壓縮彈簧12套在驅動桿13外面，前端與減速機固定支架連接，后端與驅動桿后端連接。驅動桿由四根細桿構成，小滑輪邊緣與其中心在一條水平線上，保證鋼絲繩拉力在傳遞過程中不會產生其他方向的分力，造成力的損失。驅動桿穿過減速機固定支架11及減速機軸承座7向前伸出。球形萬向關節(jié)的非轉動部分6與驅動桿伸出端(前端)固接，離合器機械腿驅動單元伸出端5與離合器機械腿伸入式連接。參閱圖7，離合器機械腿由伸縮桿外管50，內管M，球形萬向關節(jié)53，離合器夾52板構成。內管與球形萬向關節(jié)非轉動端連接，轉動部分與離合器踏板夾螺紋連接。離合器驅動器的伺服電機轉動拉動鋼絲拉繩，拉繩通過滑輪轉換方向，壓縮彈簧，拉動驅動桿向前運動，驅動桿伸出端與離合器機械腿插入式連接，驅動離合器機械腿控制離合器踏板。通過離合機械腿驅動器中驅動桿帶動直線位移傳感器8，得到離合器機械腿的位置。離合器驅動單元通過調節(jié)伺服電機的轉速以及啟停時間，控制驅動桿的運動速度從而實現(xiàn)離合器機械腿回收速度的調節(jié)，達到了汽車啟動和換擋過程中對離合器動作快慢的要求，降低換擋過程沖擊，保證了汽車啟動和換擋的平順性。參閱圖5，制動器機械腿驅動單元由伺服電機四作為動力源，減速機觀與伺服電機四采用緊抱式連接，伺服電機及其減速機由支架固27接在轉動底板2上，減速機輸出軸通過軸套23與軸承34連接。大滑輪M與減速機輸出軸套23固接，小滑輪沈安裝在軸銷25上。大滑輪下端面與小滑輪的水平面相切。鋼絲繩一端纏繞在大滑輪上，通過小滑輪使鋼絲繩運動方向與大滑輪旋轉方向垂直，另一端與驅動桿后端固接。壓縮彈簧32套在驅動桿31外面，前端與減速機固定支架連接，后端與驅動桿后端連接。驅動桿穿過減速機固定支架及減速機軸承座向前伸出。球形萬向關節(jié)的非轉動部分21與驅動桿伸出端固接，轉動部分20與制動器機械腿伸入式連接。參閱圖11，制動器機械腿由伸縮桿外管77，內管81，球形萬向關節(jié)80，制動器夾板79構成。內管與球形萬向關節(jié)非轉動端連接，轉動部分與制動器踏板夾螺紋連接。制動器驅動單元的伺服電機轉動拉動鋼絲拉繩，拉繩通過滑輪轉換方向，壓縮彈簧，拉動驅動桿向前運動，驅動桿伸出端與制動器機械腿插入式連接，驅動制動器機械腿控制制動器踏板。通過制動器機械腿驅動單元中驅動桿帶動直線位移傳感器33，得到制動器機械腿的位置。制動器機械腿驅動單元通過控制伺服電機的轉速，遵循耐久試驗工況要求，調節(jié)制動器踏板夾踩踏制動踏板的時間，改變汽車制動過程中的減速度，保證汽車速度對工況要求車速跟蹤的準確性。參閱圖6，油門機械腿控制裝置由伺服電機42作為動力源，減速機41與伺服電機采用緊抱式連接，伺服電機及其減速機由支架40固接在轉動底板2上，減速機輸出軸通過軸套38與軸承37連接。大滑輪39與減速機輸出軸套38固接，小滑輪47安裝在軸銷48上。大滑輪下端面與小滑輪的水平面相切。鋼絲繩一端纏繞在大滑輪上，通過小滑輪使鋼絲繩運動方向與大滑輪旋轉方向垂直，另一端與驅動桿后端固接。壓縮彈簧44套在驅動桿45外面，前端與減速機固定支架40連接，后端與驅動桿座43連接。驅動桿穿過減速機固定支架及減速機軸承座向前伸出。球形萬向關節(jié)的非轉動部分36與驅動桿伸出端固接，轉動部分35與油門機械腿伸入式連接。參閱圖12，油門機械腿由伸縮桿外管82，內管86，球形萬向關節(jié)85，油門夾板84構成。內管與球形萬向關節(jié)非轉動端連接，轉動部分與油門踏板夾螺紋連接。油門驅動器的伺服電機轉動拉動鋼絲拉繩，拉繩通過滑輪轉換方向，壓縮彈簧，拉動驅動桿向前運動，驅動桿伸出端與油門機械腿插入式連接，驅動油門機械腿控制油門踏板。通過油門機械腿驅動單元中驅動桿帶動直線位移傳感器46，得到油門機械腿的位置，精確的控制油門踏板，實現(xiàn)車輛加速，穩(wěn)速行駛的目標要求。掛檔動作可分解為選檔和換擋兩個垂直方向的動作，需要實現(xiàn)兩個方向的自由度運動。參閱圖8 圖10，換擋機械手由選檔伺服電機63和換擋伺服電機66，滑臺65，大臂68，L形調節(jié)臂69 (70)，換擋桿套筒71組成。選檔伺服電機通過電機減速機支架61固接在底板上，減速機與伺服電機緊抱式連接?；?57通過漲套60安裝在減速機輸出軸上，滑輪1159通過銷軸58安裝在底板上，滑輪II的水平面與滑輪I的上端面相切。鋼絲一端繞在滑輪I上，通過滑輪II轉換方向，使鋼絲的另一端與滑臺65固接。選檔電機轉動，拉動鋼絲拉繩，拉繩通過滑輪轉換方向，壓縮彈簧62，驅動滑臺左右運動，通過直線位移傳感器76確定檔位，實現(xiàn)選檔動作。換擋伺服電機固接在滑臺上面，減速機與伺服電機緊抱式連接，減速機輸出軸與大臂68套接，大臂與小臂74(75)鉸接，小臂通過L形調節(jié)臂69 (70)與換擋桿套筒71連接。換擋伺服電機轉動推動小臂向前或向后運動，通過角位移傳感器67，獲得套筒的運動位置，完成換擋動作。選檔和換擋兩個運動過程線性度高，且不互相干涉，實現(xiàn)了掛檔動作的解耦，控制方便。通過L形調節(jié)臂，可以調節(jié)套筒的位置，從而適應不同駕駛空間的車型。 在操作過程中，調節(jié)轉動底板，得到機械腿驅動單元與對應踏板的位置，配合調節(jié)球形萬向關節(jié)的方向，改變對應機械腿的長度，實現(xiàn)駕駛機器人的安裝。駕駛機器人在車輛上安裝好之后，進行識教過程，以離合器踏板為例說明，下壓離合器踏板到底，計算機發(fā)出指令給離合器機械腿控制伺服電機，伺服電機轉動，帶動纏繞在減速機輸出軸上的鋼絲繩轉動，通過小滑輪換向拉動驅動桿，壓縮彈簧，使驅動桿向前運動，當驅動桿伸出端與離合器機械腿外管截面接觸時，計算機發(fā)出停止信號，離合器機械腿驅動單元回收，得到了離合器踏板的行程。制動器踏板行程及油門踏板行程的獲得以此類推。
權利要求
1.一種滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構，包括底板，設置在其上的機械腿和驅動單元，其特征在于，所述的機械腿包括伸縮桿外管、內管，球形萬向關節(jié)和使機械腿固定在踏板上的夾板，所述的驅動單元包括伺服電機和減速機、驅動桿、壓縮彈簧、鋼絲繩、大滑輪和小滑輪，小滑輪固定在底板上，大滑輪與輸出軸的軸套固定連接，大滑輪下端面與小滑輪的水平面相切，鋼絲繩一端纏繞在大滑輪上，通過小滑輪使鋼絲繩運動方向與大滑輪旋轉方向垂直，鋼絲繩的另一端與驅動桿后端固接；壓縮彈簧的前端固定，后端與驅動桿后端連接；驅動桿穿過減速機輸出軸的軸承座，前端與球形萬向關節(jié)的非轉動部分固定連接；機械腿的伸縮桿內管與球形萬向關節(jié)非轉動端連接，球形萬向關節(jié)的轉動部分與離合器踏板夾固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構，其特征在于，所述的伺服電機和減速機固定在底板上，位于驅動桿和壓縮彈簧的一側。
3.根據(jù)權利要求1所述的滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構，其特征在于，驅動桿由四根細桿構成，小滑輪邊緣與驅動桿的中心在一條水平線上。
4.根據(jù)權利要求1所述的滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構，其特征在于，所述的驅動單元還包括用于檢測驅動桿的位移的直線位移傳感器，其輸出用于控制伺服電機。
5.根據(jù)權利要求1所述的滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構，其特征在于，所述的底板為轉動底板。
全文摘要
本發(fā)明屬于汽車試驗自動駕駛裝置技術領域，涉及一種滑輪鋼絲式汽車試驗駕駛機械腿執(zhí)行機構，包括底板、機械腿和驅動單元，驅動單元包括伺服電機和減速機、驅動桿、壓縮彈簧、鋼絲繩、大滑輪和小滑輪，小滑輪固定在底板上，大滑輪與輸出軸的軸套固定連接，大滑輪下端面與小滑輪的水平面相切，鋼絲繩一端纏繞在大滑輪上，通過小滑輪使鋼絲繩運動方向與大滑輪旋轉方向垂直，另一端與驅動桿后端固接；壓縮彈簧的前端固定，后端與驅動桿后端連接；驅動桿穿過減速機輸出軸的軸承座，前端與球形萬向關節(jié)的非轉動部分固定連接；機械腿包括伸縮桿外管、內管，球形萬向關節(jié)和夾板。本發(fā)明具有空間占用小，重量輕，壽命長，安裝快捷方便的優(yōu)點。
文檔編號G01M17/007GK102384851SQ20111026435
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權日2011年9月7日
發(fā)明者萬仁君, 喬勝華, 李偉, 胡遠志, 陳弘 申請人:中國汽車技術研究中心, 陳弘