轉(zhuǎn)向機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車保有量在迅速增多，人們對(duì)車輛性能的要求不斷提高。而實(shí)車試驗(yàn)作為檢驗(yàn)車輛操縱穩(wěn)定性等各項(xiàng)性能的主要手段，使得各個(gè)汽車廠商、政府車輛認(rèn)證部門以及有關(guān)的消費(fèi)者協(xié)會(huì)要花費(fèi)大量的人力的財(cái)力進(jìn)行各種車輛性能試驗(yàn)。雖然目前這些試驗(yàn)都配有集成化、智能化的試驗(yàn)設(shè)備、平臺(tái)，但最終需要試驗(yàn)人員進(jìn)行相關(guān)的操作。特別在車輛的操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)中，駕駛員具體操作行為的差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有很大的影響，而且試驗(yàn)中駕駛員面臨較高的勞動(dòng)強(qiáng)度，危險(xiǎn)事故的

2、發(fā)生率很高。
　　 轉(zhuǎn)向機(jī)器人是設(shè)計(jì)用于進(jìn)行車輛操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)以及其他與車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)的機(jī)電一體化裝置。在試驗(yàn)中，其代替駕駛員對(duì)方向盤進(jìn)行操作，進(jìn)而解放實(shí)驗(yàn)人員。同時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)器人輸出的精確性、可重復(fù)性、可記錄性不僅保證了試驗(yàn)的成功率，避免因人為失誤導(dǎo)致試驗(yàn)地重復(fù)進(jìn)行，而且利用其可定量化的輸出進(jìn)行與轉(zhuǎn)向相關(guān)的車輛主動(dòng)控制的研究以及駕駛員模型的驗(yàn)證。此外，轉(zhuǎn)向機(jī)器人作為駕駛機(jī)器人系統(tǒng)中的一個(gè)必須的組成部分，在主動(dòng)駕駛的研究中具

3、有重要的意義。
　　 本文首先針對(duì)車輛瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)等車輛操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)器人進(jìn)行了需求分析，在確定設(shè)計(jì)需求后，在充分考慮功能擴(kuò)展的基礎(chǔ)上，按照模塊化設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)劃分為4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊（機(jī)械本體模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊）。針對(duì)機(jī)械本體模塊和驅(qū)動(dòng)控制模塊進(jìn)行了單獨(dú)設(shè)計(jì)，其中包括轉(zhuǎn)向機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)控制電路等硬件的設(shè)計(jì)以及機(jī)器人控制算法的軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于部分傳感器模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，則結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)

4、備條件，討論了其實(shí)現(xiàn)方式。
　　 在機(jī)械本體模塊的設(shè)計(jì)中，利用三維設(shè)計(jì)軟件Catia規(guī)劃了對(duì)車輛原有駕乘空間影響較小的布置方案以及設(shè)計(jì)了對(duì)不同方向盤具有通用性的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并結(jié)合機(jī)械本體模塊的具體形式布置轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩測量。在驅(qū)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)中，考慮不同轉(zhuǎn)向速度對(duì)車輛瞬態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)的影響，為輸出更理想的目標(biāo)轉(zhuǎn)角曲線，采用切換控制方法，利用Matlab/Simlink和CarSim設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證轉(zhuǎn)向機(jī)器人轉(zhuǎn)角輸出的控制算法。