无碳小车S形轨迹设计与分析

王飞鸿，聂时君，吴昊，刘莹

（湖南人文科技学院能源与机电工程学院，湖南娄底 417000）

0 引言

设计一种将砝码重力势能转换成启动和行走所需动能并且同时具有方向自动控制功能的小车，要求小车在行走过程中完成所有动作所需要的能量都来自于砝码重力势能的转换，并且在竞赛场地不等距地摆有障碍物，小车行驶有效路线只能从两个障碍物之间穿过且不可碰倒障碍物才算有效，若一次越过多个障碍物只算一个。

在此条件下，设计的小车需要满足两点要求：1）小车行驶过程中所需能量均来自砝码的重力势能转换，并且对小车的行驶速度也有要求。若小车速度过快会导致小车行驶过程中不稳定，造成侧翻，短时间转向频繁，导致小车轨迹误差变大，偏离原有轨迹路线。由于比赛场地不可能达到处处水平，若速度过慢会导致小车在上坡时终止行驶。2）设计一种自主配合小车行驶控制转向的机构且行驶路线符合预测轨迹。在设计中要确保控制机构简单，所用的零件少，重要零件可替换性强并且组装简易，运用时灵活，所占空间小。

1 设计思路

1）根据机械守恒定律，通过机构之间的转换，将重力势能转换成小车启动与运行所需要的动能；2）在设计小车结构时，要考虑周全，减少加工难度并减少材料费用，使小车合理化；3）通过计算，设计出小车模型较优化的尺寸参数，再利用简易的结构组合，以此来减少无用功，实现有用功的最大化[1]；……