CN106474741A - 能智能避障的纯重力驱动环保小车 - Google Patents

能智能避障的纯重力驱动环保小车 Download PDF

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杨金林
张皓星
张晓伟
竺志超
陈元斌
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Abstract

本发明公开了一种能智能避障的纯重力驱动环保小车。包括驱动机构、传动机构和智能转向机构；在底板的中部安装有驱动机构，底板的后部安装有传动机构，底板前部安装有智能转向机构。本发明利用三个超声波传感器来检测赛道障碍情况，并依据检测结果信号，做出分析处理，自主选择适合的轨迹进行转向行进。由于小车采用了电路加传感器控制转向，省去传统机械转向机构，转向调节较传统手动的调节容易了很多，由于小车可自主检测避障，也提高了小车的赛道适应性，即障碍可随机分布，小车均能正常行驶，同时，使小车的加工制作成本降低；从而扩大了小车的使用范围。

Description

能智能避障的纯重力驱动环保小车
技术领域
本发明涉及一种驱动小车，具体涉及通过单片机控制超声波检测的一种能智能避障的纯重力驱动环保小车。
背景技术
在近年来全国大学生工程训练综合能力竞赛上，纯重力驱动的自行小车一直被选做大赛题目。2016年第五届全国大学生工程训练竞赛上，首次出现了需要电控的自主避障小车的命题。大赛要求小车保留重力势能驱动，并增加自主寻迹避障转向控制的功能。
现有的纯重力驱动的自行小车，一般采用纯机械结构（曲柄摇杆机构、正弦机构、空间四杆机构等）来实现预定轨迹的运动，环境适应性较差，且机械转向机构的调节较为困难，结构复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能智能避障的纯重力驱动环保小车，具有赛道障碍识别、轨迹判断及自主转向功能的纯重力驱动的环保小车。它解决了传统机械转向机构手动调节难的问题，且通过障碍检测识别自主避障大大的提高了小车的场地适应性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括驱动机构、传动机构和智能转向机构；在底板的中部安装有驱动机构，底板的后部安装有传动机构，底板前部安装有智能转向机构。
所述驱动机构包括：滑轮、牵引线、重锤、绕线轴套、轴承支架、三根重锤支撑架和重锤支撑板；三根重锤支撑架的一端与底板连接，三根重锤支撑架的另一端与重锤支撑板连接，重锤支撑板上面的两组滑轮架上分别装有滑轮，牵引线的一端与位于三根重锤支撑架内的重锤连接，牵引线的另一端绕过两组滑轮架上的滑轮与安装在其中一根重锤支撑架下部的绕线轴套连接，绕线轴套安装在输入轴上，轴承支架安装在三根重锤支撑架后部。
所述传动机构包括：主动轮、输出轴、输入轴、小齿轮、大齿轮和从动轮；输出轴安装在所述支撑机构的轴承支架的上面两侧孔中，主动轮与输出轴的一端连接，从动轮通过轴承空套在输出轴的另一端，输出轴上装有小齿轮；输入轴的一端安装在轴承支架的下面一侧孔中，输入轴的另一端穿过绕线轴套中心孔安装在轴承支架的下面另一侧孔中，输入轴上装有大齿轮，所述大齿轮与所述小齿轮构成齿轮副。
所述智能转向机构包括：电源、单片机，舵机、舵机输出头、前轮支架三个超声波传感器、转向轮、电路支架、“Z”形舵机支架、超声波支架、前轮支架和三个超声波盒；超声波支架安装在底板前部，超声波支架为开口半圆形板，沿开口直径方向的中心开有凹槽，舵机安装于“Z”形舵机支架上面，“Z”形舵机支架上面嵌入超声波支架凹槽中，“Z”形舵机支架下面固定在所述底板上，前轮支架通过舵机输出头和舵机连接，转向轮安装在前轮支架内，电路支架紧靠舵机支架安装在底板上，单片机和电均放置在电路支架上下方；三个超声波传感器分别放置于各自超声波盒内，三个超声波盒分别安装于超声波支架的前、左、右三个位置。
本发明与背景技术相比，具有以下有益效果：
1、具备赛道障碍自主识别、轨迹判断及自主转向功能。利用三个超声波传感器来检测赛道障碍情况，并依据检测结果信号，做出分析处理，自主选择适合的轨迹，进行自主的转向行进，转向调节较传统手动的调节容易了很多。大大提高了小车的赛道适应性，即障碍可随机分布，小车均能正常行驶。
2、结构简单，成本降低。由于采用了电路加传感器控制，省去了原来的传统机械转向机构，使小车的加工制作成本大大降低。
3、场地适应性增强。由于小车可自主检测避障，大大提高了小车的场地适应性，即障碍可随机分布，小车均能正常行驶。从而扩大了小车的使用范围。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2 是本发明的转向机构结构示意图。
图3是本发明的驱动机构结构示意图。
图4是本发明的传动机构结构示意图。
图5是本发明的各支撑结构示意图。
图6是本发明的超声波支架结构示意图。
图7是本发明的电路支架结构示意图。
图8是本发明的“Z”形舵机支架结构示意图。
图9是本发明的超声波支架结构示意图。
图中：1、电源，2、单片机，3、舵机，4、舵机输出头，5、超声波传感器，6、转向轮，7、滑轮，8、牵引线，9、重锤，10、绕线轴套，11、主动轮，12、输出轴，13、输入轴，14、小齿轮，15、大齿轮，16、轴承，17、从动轮，18、重锤支撑架，19、轴承支架，20、底板，21、电路支架，22、“Z”形舵机支架，23、超声波支架，24、前轮支架，25、超声波盒，26、重锤支撑板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明包括驱动机构、传动机构和智能转向机构；在底板20的中部安装有驱动机构，底板20的后部安装有传动机构，底板20前部安装有智能转向机构。
如图1、图3、图5所示，所述驱动机构包括：滑轮7、牵引线8、重锤9、绕线轴套10、轴承支架19、三根重锤支撑架18和重锤支撑板26；三根重锤支撑架18的一端与底板20连接，三根重锤支撑架18的另一端与重锤支撑板26连接，重锤支撑板26上面的两组滑轮架上分别装有滑轮7，牵引线8的一端与位于三根重锤支撑架18内的重锤9连接，牵引线8的另一端绕过两组滑轮架上的滑轮7与安装在其中一根重锤支撑架18下部的绕线轴套10连接，绕线轴套10安装在输入轴13上，轴承支架19安装在三根重锤支撑架18后部。
如图1、图3、图4所示，所述传动机构包括：主动轮11、输出轴12、输入轴13、小齿轮14、大齿轮15和从动轮17；输出轴12安装在所述支撑机构的轴承支架19的上面两侧孔中，主动轮11与输出轴12的一端连接，从动轮17通过轴承16空套在输出轴12的另一端，输出轴12上装有小齿轮14；输入轴13的一端安装在轴承支架19的下面一侧孔中，输入轴13的另一端穿过绕线轴套10中心孔安装在轴承支架19的下面另一侧孔中，输入轴13上装有大齿轮15，所述大齿轮15与所述小齿轮14构成齿轮副。绕线轴套10上有两个绕线轨道，可根据不同的需求选择相应的轨道绕线。重锤8由高处下落，其重力势能转化为小车的动能。牵引线8绕在不同直径的轨道上可以改变绕线轴套10所受扭矩，调节小车的动力，使小车适应多种路况。
如图1、图2、图5、图6所示，所述智能转向机构包括：电源1、单片机2，舵机3、舵机输出头4、前轮支架24、三个超声波传感器5、转向轮6、电路支架21、“Z”形舵机支架22、超声波支架23、前轮支架24和三个超声波盒25；超声波支架23安装在底板20前部，超声波支架23为开口半圆形板，沿开口直径方向的中心开有凹槽(如图9所示)，舵机3安装于“Z”形舵机支架22上面(如图8所示)，“Z”形舵机支架22上面嵌入超声波支架23凹槽中，“Z”形舵机支架22下面固定在所述底板20上，前轮支架24通过舵机输出头4和舵机3连接，转向轮6安装在前轮支架24内，电路支架21紧靠“Z”形舵机支架22安装在底板20上，单片机2和电源1均放置在电路支架21上下方(如图7所示)；三个超声波传感器5分别放置于各自超声波盒25内，三个超声波盒25分别安装于超声波支架23的前、左、右三个位置。位于前端的超声波传感器用来检测障碍物，位于左右两侧的超声波传感器用于检测小车与两边墙的距离。舵机3和三个超声波传感器5通过数据线与单片机2连接。超声波传感器通过收发一定频率的超声波测定障碍和墙壁的与小车的距离，并将此信息传递给单片机2，单片机2通过程序将信号处理，把相应的信号传递给舵机3，控制小车前进方向，从而实现直行和避障的功能。
本发明的工作原理如下：
第一步:绕线，准备工作
重锤上的牵引线通过重锤支撑板顶部的滑轮与绕线轴套连接，旋转绕线轴套使重锤上升至重锤支撑板处，打开小车前段电源开关给单片机和超声波传感器供电，检查其是否正常工作。
第二步：启动
小车上的重锤缓慢下降，通过牵引线带动绕线轴套旋转，绕线轴套与输入轴固连，输入轴上的大齿轮与绕线轴套同步旋转，大齿轮与小齿轮啮合，从而将动力传至输出轴上，输出轴将动力传至主动轮，带动主动轮旋转，从动轮随动，小车启动。
第三步：行驶避障
小车缓慢向前直线行驶，位于小车车头的三个超声波传感器不断检测距离，并将数据传回单片机分析处理。单片机通过对三个距离的分析得出小车的位置信息，从而控制舵机进行转向，实现智能避障。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种能智能避障的纯重力驱动环保小车，其特征在于：包括驱动机构、传动机构和智能转向机构；在底板(20)的中部安装有驱动机构，底板(20)的后部安装有传动机构，底板(20)前部安装有智能转向机构。
2.根据权利要求1所述的一种能智能避障的纯重力驱动环保小车，其特征在于：所述驱动机构包括：滑轮(7)、牵引线(8)、重锤(9)、绕线轴套(10)、轴承支架(19)、三根重锤支撑架(18)和重锤支撑板(26)；三根重锤支撑架(18)的一端与底板(20)连接，三根重锤支撑架(18)的另一端与重锤支撑板(26)连接，重锤支撑板(26)上面的两组滑轮架上分别装有滑轮(7)，牵引线(8)的一端与位于三根重锤支撑架(18)内的重锤(9)连接，牵引线(8)的另一端绕过两组滑轮架上的滑轮(7)与安装在其中一根重锤支撑架(18)下部的绕线轴套(10)连接，绕线轴套(10)安装在输入轴(13)上，轴承支架(19)安装在三根重锤支撑架(18)后部。
3.根据权利要求1所述的一种能智能避障的纯重力驱动环保小车，其特征在于：所述传动机构包括：主动轮(11)、输出轴(12)、输入轴(13)、小齿轮(14)、大齿轮(15)和从动轮(17)；输出轴(12)安装在所述支撑机构的轴承支架(19)的上面两侧孔中，主动轮(11)与输出轴(12)的一端连接，从动轮(17)通过轴承(16)空套在输出轴(12)的另一端，输出轴(12)上装有小齿轮(14)；输入轴(13)的一端安装在轴承支架(19)的下面一侧孔中，输入轴(13)的另一端穿过绕线轴套(10)中心孔安装在轴承支架(19)的下面另一侧孔中，输入轴(13)上装有大齿轮(15)，所述大齿轮(15)与所述小齿轮(14)构成齿轮副。
4.根据权利要求1所述的一种能智能避障的纯重力驱动环保小车，其特征在于：所述智能转向机构包括：电源(1)、单片机(2)，舵机(3)、舵机输出头(4)、前轮支架(24)、三个超声波传感器(5)、转向轮(6)、电路支架(21)、“Z”形舵机支架(22)、超声波支架(23)、前轮支架(24)和三个超声波盒(25)；超声波支架(23)安装在底板(20)前部，超声波支架(23)为开口半圆形板，沿开口直径方向的中心开有凹槽，舵机(3)安装于“Z”形舵机支架(22)上面，“Z”形舵机支架(22)上面嵌入超声波支架(23)凹槽中，“Z”形舵机支架(22)下面固定在所述底板(20)上，前轮支架(24)通过舵机输出头(4)和舵机(3)连接，转向轮(6)安装在前轮支架(24)内，电路支架(21)紧靠舵机支架(22)安装在底板(20)上，单片机(2)和电源(1)均放置在电路支架(21)上下方；三个超声波传感器(5)分别放置于各自超声波盒(25)内，三个超声波盒(25)分别安装于超声波支架(23)的前、左、右三个位置。
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