[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

说明书

技术领域

本发明涉及汽车自动驾驶装置和试验用车技术领域，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。

背景技术

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，无法完成在换档杆竖直方向上运动，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。

发明内容

本发明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，本发明采用如下技术方案：

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，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。

本发明的换档机械手，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，本发明具有结构紧凑，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，所述固定装置包括竖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°。