一、 目目的及意义

1.1论文选题的目的和意义

推土机是一种被广泛应用于建筑、筑路、采矿、农林业、国防建设等领域的基本工程机械，一般无作业质量的求，追求动力性、经济性、作业生产率。其作业工况十分复杂、负荷变化频繁且范围较宽^[1]。推土机是基础建设中主要应用的工机械之一， 在我们国民经济发展中占有重要地位，但是国产推土机存在非常多的问题，如耗油大，可靠性差，自动性差等，但最主要问题是司机所要操作的机构较多，长时间工作往往会出现操作失误并且大部分工作环境恶劣，因此急需对推土机的自动化，智能化的研究，去帮助驾驶员完成部分操作。然而如今智能驾驶发展不够成熟，工程机械上不能够完全使用智能驾驶技术去完成作业。针对现如今的发展现状，驾驶机器人成为了自动驾驶的另一途径^[2]，本文主要设计推土机的转向机构去完成推土机的前进、后退、转向，代替司机的体力劳动并且能够解决部分推土机无法直接控制的问题。

近年来，由于电机伺服控制技术的发展，国外已开发成功研制出全电驱动的驾驶机器人（如日本HORIBA公司、AUTOMAX公司、德国STAHLE公司等)。在国外，其中德国STAHLE公司研制的汽车驾驶机器人使用效果较好，它主要由执行机构、控制器、PC机、以及与测功机的通讯接口组成。其中执行器由机械手和油门、离合、制动踏板执行器组成。机械手有两个自由度，能够纵向和横向转动。纵向和横向转动分别的驱动力矩源为两个步进电机。油门、离合、制动踏板执行器由踏板固定器，两个万向节，执行杆，弹簧，钢绳，滑轮组成，其工作原理为步进电机转动拉动钢绳运动，压缩弹簧、执行杆运动，踏板转动。利用弹簧的目的是使油门、离合、制动踏板执行器工作时具有像人肌肉一样的柔韧性。

1.2国内外关于该论题的研究现状和发展趋势

国内研究者在这一方面有了很大的进展如东南大学张为公等设计了气压驱动机械手和“伺服电机 滚珠丝杠”驱动机械手^[4]；清华大学黄开胜等设计了“电动缸 滑动导轨”自动驾驶机器人^[5]。太原理工大学牛志刚课题组设计了“电机 齿轮/带轮 螺纹丝杠／谐波减速器”驱动的自动驾驶机器人^[6] 。上海交通大学研制的驾驶机器人换挡机械手为双平行四边形机构，该机构具有两个平面的转动自由度从而可以完成选挡和挂挡动作，该驾驶机器人机械腿为伺服电机驱动的摇杆机构^[7]。中国汽车技术研究中心研制的驾驶机器人机械腿采用钢丝滑轮机构，换挡机械手机构为“三大臂 两小臂 两个L形调节臂”，两个伺服电机驱动分别完成选挡和挂挡动作，并可适应于不同结构驾驶室^[8]。北京航空航天大学研制的自动驾驶机器人换挡机械手结构为“滚珠丝杆 滑轨”结构，其换挡机械手由于只能实现挂挡运动，因此该机构只能适用于自动变速器汽车，其机械腿结构为“滚珠丝杆 滑块"机构^[9]。同济汽车设计研究院研制的驾驶机器人换挡机械手包括机械手外管和机械手内管，机械手内管连接Y向驱动单元完成挂挡动作，X向驱动单元驱动一传动杆实现选挡动作，机械腿在直线驱动单元推动下作直线运动，但研究表明汽车离合器等踏板运动并不是严格直线运动，而是有一定弧度的曲线运动^[10]。吉林大学研制的同步器试验换挡机械手为四连杆机构，选挡由伺服电机驱动，挂挡由气缸驱动^[11]。以上研制的驾驶机器人多是需要用伺服电机驱动。电动伺服驱动方式采用“伺服电机步进电机 滚珠丝杠啮轮齿条/滑动导轨/带轮”进行驱动，由于驱动原理的局限性使其传动效率及位移和力的控制精度都相对较低。电磁直接驱动可将电能直接转换为直线或旋转形式的机械能，无需中间传动环节，有着其他驱动方式无可比拟的优越性，成为机械驱动与传动研究中的发展趋势之一^[12]。电磁直驱汽车驾驶机器人的主要结构特征是电磁执行器与其所驱动的驾驶机器人机械执行机构直接耦合在一起，结构紧凑，传动高效，可提高整个系统的定位精度、控制精度、重复性、稳定性、可靠性和动态响应^[13~15]。因此，电磁直驱技术是未来汽车驾驶机器人驱动方式的发展趋势。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容与目标

（1）学习了解推土机的转向系统结构及工作原理