基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，包括固定装置、夹持装置、驱动装置、换档装置和控制系统，还提供一种采用上述换档机械手的汽车换档控制方法，包括接收发动机转速信号和踏板位置信号并判断踏板位置，驱动离合踏板调整离合器，驱动油门踏板改变油门开度，并进行换档路径规划，控制换档机械手拉动换档杆运动至需要档位位置，然后驱动离合踏板闭合离合，完成换档。本发明专利技术采用空间并联四连杆机构组成换档机械手的换档装置，具有空间多个自由度，能够对变速箱进行高效率的换档操作；整个换档机械手结构简单，安装快捷，能够安装在驾驶室内适应不同类型的车型和不同换档形式的车辆，不会占用驾驶员正常驾驶空间，不影响驾驶员正常驾驶工作。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，包括固定装置、夹持装置、驱动装置、换档装置和控制系统，还提供一种采用上述换档机械手的汽车换档控制方法，包括接收发动机转速信号和踏板位置信号并判断踏板位置，驱动离合踏板调整离合器，驱动油门踏板改变油门开度，并进行换档路径规划，控制换档机械手拉动换档杆运动至需要档位位置，然后驱动离合踏板闭合离合，完成换档。本专利技术采用空间并联四连杆机构组成换档机械手的换档装置，具有空间多个自由度，能够对变速箱进行高效率的换档操作；整个换档机械手结构简单，安装快捷，能够安装在驾驶室内适应不同类型的车型和不同换档形式的车辆，不会占用驾驶员正常驾驶空间，不影响驾驶员正常驾驶工作。【专利说明】
本专利技术涉及汽车自动驾驶装置和试验用车
，具体涉及一种汽车变速箱自 动换档机械手及其控制方法，是代替人类驾驶员对汽车变速箱自动换档的机械装置，其实 现主要是基于空间并联四连杆机构。
技术介绍
汽车换档机械手是在汽车自动驾驶或试验用车时，可以在不对汽车变速箱做改造 的前提下，对汽车换档杆进行自动换档操作。换档机械手的控制系统根据换档需要发出指 令，驱动装置驱动换档装置做出对变速箱换档杆的换档动作。 汽车换档有多种形式，自动换档机械手需要完成不同种类的换档杆控制，需要对 各种汽车变速箱具有非常好的适应性。换档杆的端头工作在球形曲面上，换档机械手需要 具有多个方向的运动自由度才能驱动换档杆在球形曲面上运动，完成不同的换档操作。现 有的几种换档机械手都难以精准驱动换档杆在球形曲面上的运动，体积巨大笨重，难以完 成对所有的变速箱进行高效率的换档操作。同时在汽车驾驶实验时，需要将汽车驾驶至实 验场地或者试验机上，现有的换档机械手都会占用驾驶员座椅位置，致使驾驶员不能正常 驾驶被实验汽车，需要借助吊装转运设备来辅助实验，增加了实验难度和实验成本。 国内申请号为200420027440.8的专利公开了一种汽车手动变速箱自动换档装 置，该换档装置由七个连杆组成，结构复杂，其利用气缸和电动机混合驱动，通过切换摇杆 位置来解耦选档与挂档动作，由于空气具有很大的压缩性，位置精度控制差。整套系统需要 提供清洁稳定的空气动力源，系统庞大、繁重，需要固定在驾驶员座椅上，无法适应所有的 汽车手动变速箱换档操作。 国内申请号为201110264909. 4的专利公开了一种汽车自动驾驶机器人，汽车驾 驶机器人主要由换档机械手部分与其他踏板执行机构组成。换档机械手部分仅具有两个自 由度，前倾和翻转，无法完成在换档杆坚直方向上运动，会损坏换档杆，且整个换档机械手 固定在驾驶员座椅上，占用驾驶员座椅空间，无法人工驾驶。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，用于代替车内驾驶 员，能在自动驾驶中进行多自由度的自动换档操作，并能够安装在驾驶室内适应不同类型 的车型和不同换档形式的车辆。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案： -种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，包括固定装置、夹持装置、驱动 装置、换档装置和控制系统，所述驱动装置包括减速机和驱动电机，减速机的输入端与所述 驱动电机转轴连接，减速机的输出端与换档装置固定连接；所述换档装置包括空间并联的 两套连杆机构和一个换档杆套筒，该连杆机构包括驱动摆臂和驱动横杆；所述驱动摆臂一 端固定连接在所述传动机构的输出端，驱动摆臂另一端通过球铰链与驱动横杆一端活动连 接，驱动横杆另一端通过球铰链与换档杆套筒活动连接，两组所述驱动摆臂和驱动横杆之 间形成空间并联四连杆机构，所述换档杆套筒下端固定套设在换档杆上。 本专利技术的换档机械手，采用两个水平放置的伺服电机作为驱动电机，构成两套驱 动装置，而形成空间四连杆机构的驱动摆臂和驱动横杆组成两套换档装置，两套换档装置 组成空间并联机构，机构之间相互约束。驱动装置协调控制驱动摆臂来控制换档杆套筒位 置，完成换档动作。选档动作与换档动作实现解耦，相互之间不干涉，控制方便。采用的伺 服电机具有体积小，启动转矩大，速度快，具有非常高的启动速度与位置控制精度。同时，本 专利技术具有结构紧凑，整体重量非常小，不会增加太多汽车负载，完全实现对驾驶员正常驾驶 工作零影响，且易于安装和维护等优点。 进一步地，所述固定装置包括坚直设置在车内可伸缩的固定杆，该固定杆下端设 置有安装支架，固定杆上端设置有吸顶盘。所述夹持装置包括用于夹持所述固定装置的环 形夹持器和用于固定所述驱动装置的连接板，环形夹持器与连接板固定连接形成一整体。 整个换档机械手通过夹持装置固定在可伸缩固定杆上，固定杆放置在后排座椅中 间位置，固定杆两端顶在车体上下，固定杆的高度可以根据车内高度调节，夹持装置也可以 通过调节在固定杆上的位置来适应不同的车体，将驱动电机插入夹持装置内，用螺钉固定， 这样可以实现在车体内无破坏安装换档机械手。 进一步地，所述传动机构包括相互啮合传动的蜗杆和蜗轮，其中蜗杆通过轴承与 驱动电机的输出轴连接，蜗轮的端轴通过连接轴与驱动摆臂垂直固定连接。 进一步地，两个所述驱动横杆之间的夹角Θ为30°?90°。 驱动横杆在水平位置时，两杆的空间夹角要保证在30度至90度之间，可以通过改 变两个驱动摆臂之间的距离来调整驱动横杆的空间夹角，驱动横杆的空间夹角会影响到换 档机械手驱动电机的选用，夹角越小就需要电机具有更大的驱动力或者需要减速机具有更 大的减速比。球铰链连接可以作为优选方案实施，可以采用胡可铰链来替代球铰链，但是胡 克铰传动精度低，结构尺寸较大，在操作精度要求较高的车辆或试验中无法使用。 进一步地，所述换档杆套筒顶端设置有蘑菇状的手头，设置手头可用作手动换档， 实现手自一体。 本专利技术还提供一种采用上述权利要求所述换档机械手的汽车换档控制方法，包括 如下步骤： a、上位机发出换档指令至控制系统，控制系统实时接收发动机转速信号、油门踏 板位置信号、离合踏板位置信号以及机械手位置信号，若发动机转速满足设定换档转速，则 执行步骤b，若不满足则重新检测发动机转速； b、控制系统通过离合踏板驱动机构驱动离合踏板松开离合，同时控制系统检测离 合踏板位置是否满足换档位置要求，若满足则执行步骤c，若不满足则重新检测离合踏板位 置； c、控制系统通过油门踏板驱动机构驱动油门踏板改变油门开度，同时检测发动机 转速是否满足设定起步转速，若满足则执行步骤d，若不满足则继续驱动油门踏板改变油门 开度； d、控制系统检测机械手位置并进行换档路径规划，控制换档机械手拉动换档杆运 动至需要档位位置，判断换档机械手是否到达指定位置，若是则执行e步骤，否则将继续进 行换档路径规划； e、控制系统检测发动机转速是否满足安全离合转速，若满足则执行步骤f，若不满 足则延时后重新检测发动机转速； f、控制系统通过离合驱动器驱动离合踏板闭合离合，完成换档。 所述换档机械手的换档装置包括空间并联的两套连杆机构和一个换档杆套筒，该 连杆机构包括驱动摆臂和驱动横杆，驱动摆臂一端固定连接在传动机构的输出端，驱动摆 臂另一端通过球铰链与驱动横杆一端活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间并联四连杆机构的汽车换档机械手，包括固定装置(100)、夹持装置(200)、驱动装置(300)、换档装置(400)和控制系统，其特征在于，所述驱动装置(300)包括减速机(310)和驱动电机(320)，该减速机内设置有两组独立的传动机构，该传动机构的输入端与所述驱动电机转轴连接，传动机构的输出端与换档装置固定连接；所述换档装置(400)包括空间并联的两套连杆机构和一个换档杆套筒(430)，该连杆机构包括驱动摆臂(410)和驱动横杆(420)；所述驱动摆臂(410)一端固定连接在所述传动机构的输出端，驱动摆臂另一端通过球铰链与驱动横杆一端活动连接，驱动横杆另一端通过球铰链与换档杆套筒活动连接，两组所述驱动摆臂和驱动横杆之间形成空间并联四连杆机构，所述换档杆套筒(430)下端固定套设在换档杆上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁祎，张飞，李碧春，梁华为，刘伟，刘路，丁冀，方俊，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34