无碳小车双“8”字形轨迹结构设计

敖 东，唐 欣，孙亚平，章 环，黄式贤，蓝 健

（大连大学机械工程学院，辽宁 大连116622）

0 引言

随着社会各项方面的快速发展，能源的有限性成为人类不可忽视的问题。节约能源已经成为每个国家及社会在各个方面发展的大的趋势，也不可避免的成为众多科技工作者的工作追求[1]。在这个大背景下，第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛的无碳小车的避让行驶竞赛在能源节约的方向上，采用重力势能作为驱动的能量来源来命题[2]。该竞赛由国家教育部举办的全国性大学生科技创新实践竞赛，具有很大的影响力。无碳小车竞赛要求，需设计一种可在一定范围内沿双“8”字形绕过随机固定桩距的无碳小车。无碳指小车完成行驶（驱动其行走及转向）的能量和在此过程中所做的无用功均由质量为1 kg的砝码（Φ50×65 mm，碳钢）下降（400±2）mm的高度所获得的重力势能提供。要求小车为三轮结构（前转向轮，两个后行进轮）。在完成行驶及转向时，砝码要一直由小车承重不可掉落。小车的设计机构中必须具有可调节的转向机构来准确躲避不同间距障碍物[3]。小车示意见图1。

图1 无碳小车示意图

如图2所示，双“8”字型的无碳小车的比赛场地为半张标准乒乓球台（桌面材质为高密度压缩板）。乒乓球台上沿桌面中轴线放置三根障碍桩（直径20 mm，高200 mm），两端的障碍桩桩距中心桩为（350±50）mm。

图2 双“8”字形赛道平面示意图

双“8”字形赛道要求小车运行时，每个障碍桩在“8”字形的一个封闭圈内。所谓双“8”字形轨迹是指运动中要出现3个封闭圈轨迹，并交替出现四次变向（轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧）。……