手动变速器换档性能下线检测装置的制作方法

本发明涉及一种汽车性能测试装置，尤其涉及一种用于汽车手动变速器下线检测试验台的动态选/换档性能自动测试机械手。

背景技术：

目前现有的选/换档测试装置，其主要目的是通过模仿人手对换档手柄的操作动作来实现变速器换档操作，同时可简单测得选/换档力的大小。上述方法需要人工将换档拉索连接到换档摇臂头上，但在实际下线测试中由于产品数量大，产品检测节拍快，所以上述方法不能满足快速检测手动变速器换档性能的要求。

市场现有的六自由度机械手比普通的直角坐标机械手增加了两个自由度，所以能通过6个转动副的旋转运动准确抓取换档摇臂头并将摇臂头推至所需档位，并适应不同型号变速器间换档摇臂头位置与姿态变化，但是这些六自由度机械手价格普遍都十分昂贵。

因此，针对上述技术与成本问题，有必要提出一种能抓取并准确对中换档摇臂头，不增加附加力矩、高效准确、价格低廉的装置。

技术实现要素：

为了解决上述技术与成本问题，本发明提供了一种结构简单、换档效率高、抓取对中可靠、成本低廉的手动变速器换档性能下线检测装置。

本发明采用如下技术方案：一种手动变速器换档性能下线检测装置，包括X轴线性模组、Y轴线性模组和 Z轴线性模组，其特征在于：所述X轴线性模组与Y轴线性模组相连接，旋转关节设置在Y轴线性模组的背面，Z轴线性模组与旋转关节连接在一起，对中及扭矩测量机构固定在Z轴线性模组的滑台上，能在Z轴向移动；

所述旋转关节包括步进电机与减速机、转接块、支座体和第一交叉滚子轴承，步进电机与减速机设置在支座体上，支座体连接在Y轴的线性模组上；第一交叉滚子轴承的外圈固定在转接块，步进电机与减速机的输出轴连接在转接块上，转接块与第一交叉滚子轴承的内圈以及Y轴线性模组固定在一起；

所述的对中及扭矩测量机构，包括步进电机与减速结构、第一支座、扭矩传感器、转接块、第二支座、三向力传感器、交叉滚子轴承、芯轴和二爪气缸，其中第一支座与第二支座连接在一块板材上，该板材再连接在Z轴线性模组的滑台上；步进电机与减速结构连接在第一支座上，步进电机与减速结构的输出轴与扭矩传感器的输入端相连接，扭矩传感器的输出端与转接块连接在一起，转接块与芯轴连接；三向力传感器的输入端与支座连接，三向力传感器的输出端与交叉滚子轴承的外圈连接，二爪气缸设置在芯轴的下端。

本发明的手动变速器换档性能下线检测装置，相对现有技术，具有如下有益效果：

1、Y轴线性模组与Z轴线性模组之间加入旋转关节，使得Z轴线性模组可以绕Y轴线性模组转动，实现机械手可以适应不同型号手动变速器换档摇臂头姿态变化的功能。

2、本装置的对中及扭矩测量机构，实现了在极小的空间里同时布置扭矩传感器与三向力传感器，通过此结构，本装置可以在互不干涉的条件下实现对中与扭矩测量。

3、对中过程中，机械手调整各个自由度的位移量或旋转量时，可以通过三向力传感器反馈的夹爪与摇臂头之间作用力大小与方向信号，不断修正夹爪中心相对摇臂头中心的位置差距，实现机械手与摇臂的自动对中，消除在操作换档摇臂旋转过程中，因为旋转中心不在同一直线上引起的附加力矩。

4、本发明可以直接夹持换档摇臂头，省去了费时费力的安装换档拉索过程，从而实现了在实际检测过程中高效准确选/换档。

5、机械手在完成自动对中后，在换档过程中可以直接测量变速器的换档力与换档行程，因此能对变速器选/换档性能进行评价。

6、本发明具有紧凑的结构、易于组装、集成控制、成本低的优势。

附图说明

图1为手动变速器换档性能下线检测装置结构示意图；

图2为手动变速器选换挡性能下线检测装置局部剖视图。

图1中：1——X轴线性模组；2——Y轴线性模组；3——旋转关节；4——Z轴线性模组；5——对中及扭矩测量机构；

图2中：6——步进电机与减速机，7——转接块，8——支座体，9——第一交叉滚子轴承；10——步进电机与减速结构；11——第一支座；12——扭矩传感器；13——转接块；14——第二支座；15——三向力传感器；16——交叉滚子轴承；17——芯轴；18——二爪气缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。其中，针对描述采用诸如上、下、左、右等说明性术语，目的在于帮助读者理解，而不旨在进行限制。

具体实施时：如图1、2所示，本发明手动变速器换档性能下线检测装置，包括：X轴线性模组1，Y轴线性模组2，旋转关节3，Z轴线性模组4，对中及扭矩测量机构5，步进电机与减速机6，转接块7，支座体8，第一交叉滚子轴承9。步进电机与减速机10，第一支座11，扭矩传感器12，转接块13，第二支座4，三向力传感器15，交叉滚子轴承16，芯轴17和二爪气缸18等。

所述X轴线性模组1与Y轴线性模组2相连接，图中通过螺栓将两者的滑台紧固在一起。所述旋转关节3设置（固定）在Y轴线性模组2的背面。所述Z轴线性模组4与旋转关节3连接在一起，所述对中及扭矩测量机构5固定在Z轴线性模组4的滑台上，能在Z轴轴向移动。

所述旋转关节3包括步进电机与减速机6、转接块7、支座体8和第一交叉滚子轴承9，步进电机与减速机6设置在支座体8上，图中通过螺栓固定在支座体8上；支座体8连接在Y轴的线性模组2上，图中通过底部的螺纹孔连接在Y轴的线性模组2上；第一交叉滚子轴承9的外圈固定在转接块7，图中通过螺栓固定在转接块7；步进电机与减速机6的输出轴连接在转接块7上，图中通过平键连接在转接块7上，转接块7与第一交叉滚子轴承9的内圈以及Y轴线性模组2固定在一起，图中通过长螺栓与第一交叉滚子轴承9的内圈以及Y轴线性模组2固定在一起。所以，从步进电机与减速机6出来的转速与扭矩经过自带减速机的减速增扭作用，通过平键传递给转接块7，转接块7再传递给第一交叉滚子轴承9的内圈，带动Y轴线性模组2转动。

所述的对中及扭矩测量机构5，包括步进电机与减速结构10、第一支座11、扭矩传感器12、转接块13、第二支座14、三向力传感器15、交叉滚子轴承16、芯轴17和二爪气缸18，其中第一支座11与第二支座14连接在一块板材上（如通过螺栓连接），该板材再连接在Z轴线性模组4的滑台上（如通过螺栓连接）。步进电机与减速结构10连接在第一支座11上，图中通过螺栓连接在第一支座11上，步进电机与减速结构10的输出轴与扭矩传感器12的输入端相连接，步进电机与减速结构10的输出轴法兰与扭矩传感器12的输入端法兰通过螺栓连接在一起，扭矩传感器12的输出端与转接块13连接在一起，扭矩传感器12输出端的法兰与转接块13通过螺栓连接在一起；转接块13与芯轴17连接，图中通过平键与芯轴17连接；三向力传感器15的输入端与第二支座14连接，三向力传感器15的法兰与第二支座14通过螺栓连接在一起，三向力传感器15的输出端与交叉滚子轴承16的外圈连接，三向力传感器15的输出端通过螺栓与交叉滚子轴承16的外圈连接在一起；芯轴17与交叉滚子轴承16的内圈连接，芯轴17的法兰端通过螺栓与交叉滚子轴承16的内圈连接在一起，并且芯轴17穿过三向力传感器15中间的通孔，芯轴17的法兰端还是连接不同抓取力的工具的接口。二爪气缸18设置在芯轴17的下端，二爪气缸即可直接抓取变速器的换挡摇臂。上述结构设计，实现了将工具头上受到的外力传递给三向力传感器15，通过计算三向力传感器15反馈的各个方向的力，实现了旋转中心的自动对中。芯轴17穿过三向力传感器15中间的通孔这一设计，实现了在能自动对中的基础上实现测量实时扭矩的功能

当有一批需要检测选换挡性能是否满足设计要求的新型号手动变速器时，首先需要工程师通过手轮操作机械手各个自由度运动，使夹爪大致与换档摇臂头对中（此过程在同一型号的手动变速器检测中只需操作一次，机械手会记忆该初始位置）。然后启动机械手自动控制程序，机械手将通过三向力传感器反馈的夹爪与换档摇臂间接触力大小和方向信号来调整机械手各个自由度的位移量或旋转量，不断修正夹爪旋转中心与换档摇臂中心的位置差距，实现夹爪与换档摇臂中心自动对中。对中完成后，夹爪夹紧换档摇臂头，按照检测指令将换档臂推入档位，在此过程中同样通过力反馈（三向力传感器15测得）与位置反馈（通过每个电机的编码器信号简介测得）综合判断是否已经顺利将换档臂准确推入了档位。

在换档过程中，通过机械手的扭矩传感器12可以测得手动变速器每个档位换档过程中所需的换档力与换档位移大小。

以上仅是本发明优选的实施方式，需指出是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，上述变形和改进的技术方案应同样视为落入本申请要求保护的范围。