基于S形運動軌跡重力勢能小車的結構設計

左偉玲

摘 要：重力勢能小車的原理是將鉤碼的重力勢能轉換為設計小車的動能，在不消耗能源的情況下，實現能量的轉化，作為無碳小車動力源驅動其行進和轉向。根據全國大學生工程訓練綜合能力競賽中的S形運動軌跡無碳小車比賽相關要求，本文從能量轉化設計、驅動設計及轉向避障設計等方面對S形運動軌跡無碳小車的結構設計進行探析。

關鍵詞：S形運動軌跡;無碳小車;微調機構;結構設計

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0084-03

Structural?Design?of?Gravity?Potential?Energy?Trolley

Based?on?S-shaped?Motion?Trajectory

ZUO?Weiling

（Wuchang?Institute?of?Technology，Wuhan?Hubei?430065）

Abstract：?The?principle?of?the?gravitational?potential?energy?trolley?is?to?convert?the?gravitational?potential?energy?of?the?hook?code?into?the?kinetic?energy?of?the?designed?trolley，?realize?the?energy?conversion?without?consuming?energy，?and?drive?its?travel?and?steering?as?a?carbon-free?trolley?power?source.?According?to?the?requirements?of?the??S-shaped?trajectory?carbon-free?car?competition?in?the?national?university?student?engineering?training?comprehensive?ability?competition，?this?paper?analyzed?the?structural?design?of?the?S-shaped?trajectory?carbon-free?car?from?the?aspects?of?energy?conversion?design，?drive?design?and?obstacle?avoidance?design.

Keywords：?S-shaped?motion?track;carbon-free?car;fine-tuning?mechanism;structural?design

第六屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽命題為“以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車”，S形運動軌跡無碳小車的設計是其中項目之一。要求設計注重創新與實用，在設計成本、材料選取、加工復雜度等方面做出合理的分析和調整，通過數據化設計使用Matlab和Sloidwords，對全車原理圖進行可行性分析和結構優化設計，成功實現無碳小車的S形運動路徑。本文結合自身比賽相關經驗，針對S形運動軌跡無碳小車的設計及調試提出一些可行性思路和方法。

1 設計要求

本研究設計一種將重力勢能轉換為機械能，并可用來驅動小車行走及轉向的裝置——無碳小車。如圖1所示，該小車采用三輪結構，在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物。要求無碳小車在前行中能靈活控制方向，小車整體結構簡單、可靠，制造方便，易于裝配、調試，成本低，現場可拆裝。

2 選定無碳小車運動軌跡進行可行性分析

如圖2所示，S形競賽賽道寬度為2m，沿直線方向水平鋪設，小車在前行時能夠自動繞過賽道上設置的障礙物，障礙物為直徑20mm、長200mm的圓棒，沿賽道中線從距出發線1m處開始按平均間距1m擺放。……