汽车制动机器人执行机构研究

0．引言

国内外对于汽车制动机器人的研究很多，但一般驾驶员无法一同坐在车里，本研究旨在设计一种小型的，可以安装在实车上进行试验的，使用方便可靠的制动机器人执行机构。

1. 制动机器人执行机构工作方式

该执行机构工作时应保证以下四点要求：

1. 踏板行程的精确控制，需要至少精确到 0.1mm；

2. 将制动踏板踩到底的时间不得超过 0.2s ；

3. 电动缸推进的行程不能超过踏板的全行程；

4. 电动缸提供的推力不能低于最大踏板力。

基于以上四点，将制动机器人的执行机构工作方式设计如下：

图 1 制动机器人执行机构工作方式

2．驱动原件选型

选择伺服电动缸作为制动机器人的驱动原件。伺服电动缸的选用需要满足三点要求： ①满足空间的尺寸要求；② 最大推力不低于最大的踏板力；③ 行程大于踏板的全行程。在ECE（联合国欧洲经济委员会汽车法规）中对于普通乘用车制动性能的要求里，汽车的最大踏板力应不高于 500N[1]。根据一般乘用车的设计经验， 制动踏板的全行程不会超过 120mm[4]，空间的尺寸选择将在第五部分说明。

3．伺服驱动器

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器， 其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。伺服驱动器一般通过位置、 速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位。

5．制动机器人执行机构的零部件设计

5.1 制动机器人执行机构的效果图

图 2 为该执行机构的立体图，伺服电动缸尾端铰接在支撑梁上，中间夹有滚珠轴承，电动缸可以绕着支撑梁旋转。 伺服电动缸前端通过压力传感器、 球铰、 铰制孔螺栓连接在机器人脚上，电动缸的前端可以绕铰制孔螺栓转动。机器人脚通过 4 个 M8的螺栓压紧在制动踏板上， 不能在制动踏板平面内移动。 支撑梁由两个高度可调的支撑架支撑， 它被上支撑架夹紧，不能绕自身的轴心旋转。上、下两个支撑架由若干个螺栓夹紧在一起，共同支撑整个执行机构。下支撑架和下支撑架底板焊接在一起，成 90。 角。两个下支撑架底板分别由4 个M8螺栓连接在汽车驾驶室的地板上，亦即连接在承载式车身上。

5.2 上支撑架

上支撑架起到夹紧支撑梁和支撑整个机构的作用， 上支撑架夹使用 8.8 级 M8x1.0 螺栓紧支撑梁。

5.3 下支撑架

下支撑架上端使用螺栓与上支撑架夹紧，与上支撑架一起调节支撑架的总高度。下端焊接在支撑架底板上，共同固定在汽车驾驶室地板上。

5.5 机器人脚

机器人脚和制动踏板固连在一起， 它的功用是将伺服电动缸的推力传递到制动踏板上。机器人脚由踏板和耳件两部分焊接而成。

6．制动机器人执行机构的空间校核

6.1 制动机器人执行机构的空间计算

该执行机构的空间布置主要应满足以下两点：

(1). 将整套机构放置在驾驶室座椅前，机构与制动踏板连接后不与车内任何零部件产生干涉。

(2). 机构工作时不妨碍驾驶员操控车辆。图 3 为该机构工作始、末位置简化后的侧视图：

图中各参数的意义分别为： α： 制动踏板转过的角度 ；β： 初始时踏板与地面的角度 ；β′： 末位置踏板与地面的角度 ；λ1：初始时伺服电动缸与地面所成角度 ；λ2：末位置伺服电动缸与地面所成角度 ；θ：初始时电动缸丝杠与制动踏板所成角度 ；θ′： 末位置电动缸丝杠与制动踏板所成角度； h1: 初始时制动踏板离地高度； h3: 末位置制动踏板离地高度；h2： 除支撑架 h1 外剩余高度； L 总 ： 机构电动缸丝杠方向总长度； R：制动踏板旋转半径。