ANSYS+UG一种汽车驾驶机器人机械腿结构设计(3)

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离合机械腿的具体功用要求如下：离合机械腿的控制要求和油门机械腿相似，因为离合器和汽车的发动机及变速箱相连，将发动机向变速箱输出的转矩，所以离合器踏板就会决定传递转矩的大小。通过对驾驶员实际驾驶动作的分析和研究，我们得知，离合器能实现快速的分离和快速平稳的连接，使汽车在起步和换挡时做到平稳的过渡。因此，离合机械腿要能够快速平稳的输出运动，并且输出力相较油门机械腿要更大一些，其余参数与油门机械腿相似。

制动机械腿功能也和以上大体相同，但制动机械腿有自己的特性：输出端的运动幅度越大，使踏板的转动角度变大，制动效果就越大。其他类同油门机械腿，制动机械腿也应该实现各种不同工况，比如点刹、急减速和长距离减速等。

汽车驾驶机器人作为一种机械，设计上要符合机械设计的基本原则。要保证机械系统的精度，要注意传动的精度以及系统的稳定性。驾驶机器人应能轻松地安装到驾驶室内，能快速简单地安装拆卸并且不能损坏任何车内部件。能根据不同车型的需要而调节机械腿的长度、位置，无需对汽车进行改造。在实验过程中驾驶机器人的驾驶动作应尽量模仿人类驾驶员，保证数据真实有效。

主要技术指标如下表：

表2.1 各执行机构的主要技术指标

机构最大输出行程(mm) 最大输出力(N) 最大运动速度(m/s)

油门机械腿 200 200 0.45

制动机械腿 200 200 0.45

离合机械腿 200 200 0.45

2.3 不同设计方案的比较

太原理工大学马永辉提出如下设计：

图2.1 机械腿模型图

该设计中，电机通过电机支架固定在箱体的底部，并通过带轮驱动减速器。然后通过两个相互垂直的圆锥齿轮传递动力，将电机输出的扭矩传递到机械腿的大腿，最后带动小腿踩下踏板，从而实现车速的控制。谐波减速器起到减速增加扭矩的作用，能提高机械腿的输出力谐波减速器通过锥齿轮带动机械腿运动，最终驱动踏板按指定方式运动。整体主要采用铝合金材料，重量轻强度高。但不足之处在于中间传动机构过多，传动高精度难以保证。来!自~751论-文|网www.751com.cn

东南大学陈晓冰提出如下设计：

图2.2 油门机械腿侧视图

在这个机械腿设计方案中，采用步进电机作为驱动电机，通过减速器减速并传递扭矩。转臂连接第二级减速齿轮和内调节杆，内调节杆和外调节杆相连接，外调节杆的另一端固定踏板上夹板和踏板下夹板。内调节杆和外调节杆构成二力杆，内调节杆上有外螺纹与外调节杆相互配合，二者共同作用调节二力杆的长度，达到适应不同踏板行程的目的。角位移传感器的轴上固定有角位移传感器齿轮，角位移传感器齿轮和小齿轮啮合，可以通过步进电机的旋转运动确定踏板的位置。用二力杆铰接的踏板上夹板和踏板下夹板来夹持油门踏板，二力杆与踏板上夹板采用铰接，使得油门踏板的控制具有类似于人类驾驶员脚踝关节一样的柔性，满足了控制要求。该装置的壳体底板上有定位孔，可以用于和汽车驾驶室内的底板连接固定