[发明专利]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

权利要求书

1.一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。

2.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述固定装置(100)包括竖直设置在车内可伸缩的固定杆(110)，该固定杆下端设置有安装支架(120)，固定杆上端设置有吸顶盘(130)。

3.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述夹持装置(200)包括用于夹持所述固定装置(100)的环形夹持器(210)和用于固定所述驱动装置的连接板(220)，环形夹持器与连接板固定连接形成一整体。

4.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述传动机构包括相互啮合传动的蜗杆(331)和蜗轮(332)，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(333)与驱动摆臂(410)垂直固定连接。

5.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，两个所述驱动横杆(420)之间的夹角θ为30°～90°。

6.根据权利要求1所述的汽车换档机械手，其特征在于，所述换档杆套筒(430)顶端设置有蘑菇状的手头(431)。

7.一种采用权利要求1所述换档机械手的汽车换档控制方法，其特征在于，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，换档杆套筒下端固定套设在换档杆上；以换档杆末端位置建立空间坐标系，S_1i、S_2i、S_1j、S_2j分别为两组连杆机构中驱动横杆与换档杆套筒之间的球铰链以及驱动摆臂与驱动横杆之间的球铰链，OP为换档杆，Ri、Rj为传动机构的输出端，其中驱动摆臂与传动机构的输出端之间竖直方向转角为θ_i和θ_j，步骤d中的换档路径规划包括：

d1、换档杆当前姿态解算：根据编码器采集到当前驱动摆臂转角θ_i和θ_j，代入公式xS2iyS2izS2i=xRiyRi-RiS2i‾sinθizRi-RiS2i‾cosθi]]>和xS2jyS2jzS2j=xRjyRj-RjS2j‾sinθjzRj-RjS2j‾cosθj]]>中得到S2i和S2j的空间坐标，并代入公式(xS1i-xs2i)2+(yS1i-ys2i)2+(zS1i-zs2i)2=S1iS2i‾2]]>和(xS1j-xs2j)2+(yS1j-yS2j)2+(zS1j-zS2j)2=S1jS2j‾2]]>可求得S1i、S1j的空间坐标，即可得到换档杆的空间姿态；

d2、结合换档杆的目标位置，查表得出换档路径；

d3、控制系统发送换档路径指令至换档电机驱动器，驱动两套驱动电机同时转动完成换档路径规划。