CN108325215A - 一种适用避障无碳小车的绕线行走方法及绕线轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用避障无碳小车的绕线行走方法及绕线轮。现有无碳小车的绕线方法在应对复杂路况时易出现动力分布不均或动力输出不足的情况。本发明的绕线轮大径轴段与小径轴段之间设有过渡轴肩，过渡轴肩上开设有穿线槽口；大径轴段和小径轴段的外端端部均设有凸缘；平地行走时，鱼线一端在小径轴段绕制，另一端系重锤挂到高处；带一次上下坡行走时，将鱼线一端在小径轴段绕制后由穿线槽口转至大径轴段，然后在大径轴段上绕制后再由穿线槽口转至小径轴段绕制，最后将鱼线另一端系重锤挂到高处。本发明根据行走路径完成不同驱动力大小的转换，从而有效控制小车行走速度及能量释放，使避障无碳小车行走平稳，势能输出得到合理控制。
Description
技术领域
本发明涉及避障无碳小车，特别涉及一种适用避障无碳小车的绕线行走方法及绕线轮。
背景技术
时下以重力势能驱动的具有自主避障功能的无碳自行小车已经成为热点，若将无碳自行小车应用在应急输送上，将发挥重大作用，比如在没有电源和其它动力能源情况下进行紧急输送物资、伤员等。该小车为三轮结构，具有电控转向机构(电能由自带电池提供)，且在规避障碍物过程中应能具备爬上一定高度坡道的能力。驱动小车行走的能量只能由给定的重力势能转换而来，重力势能采用铅锤下降来获得。
现有的无碳小车大多采用单一轴径的绕线轮绕线，这种绕线方法在应对复杂路况时易出现动力分布不均或动力输出不足难以后继的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有绕线方法及绕线轮的不足，提供一种能有效控制轴径，从而控制能量，自动改变驱动力，尽可能节省重力势能且使小车应对复杂路况平稳行进，合理分配输出的避障无碳小车的绕线行走方法及绕线轮。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
本发明一种适用避障无碳小车的绕线行走方法，采用的后驱装置包括绕线机构、差速机构、轴承支座和底板。两个轴承支座间距固定在底板上。所述的绕线机构包括大驱动齿轮、主驱动轴和绕线轮；所述的主驱动轴两端通过轴承分别支承在两个轴承支座上；绕线轮和大驱动齿轮均固定在主驱动轴上。所述的绕线轮为二级阶梯轴结构，大径轴段与小径轴段之间设有过渡轴肩，过渡轴肩上开设有穿线槽口，穿线槽口的侧壁与轴肩圆弧过渡；大径轴段和小径轴段的外端端部均设有凸缘；小径轴段上沿周向均布的多个固定孔均与主驱动轴通过螺钉连接。所述的差速机构包括小驱动齿轮、从动轴和驱动后轮；所述的从动轴两端通过轴承分别支承在两个轴承支座上；小驱动齿轮固定在从动轴上，并与大驱动齿轮啮合；其中一个驱动后轮固定在从动轴上，另一个驱动后轮通过轴承支承在从动轴上。
该适用避障无碳小车的绕线行走方法，具体如下：
1、平地行走时的绕线行走方法如下：
1.1根据驱动后轮行走的位移L＝πDn1和小驱动齿轮与大驱动齿轮的传动比得主驱动轴转的圈数其中，D为驱动后轮的直径，n1为从动轴转的圈数；则重锤需要挂的高度h＝πd2n2，即为绕线轮小径轴段需要绕线的长度，其中，d2为小径轴段直径。
1.2将鱼线一端通过螺钉压紧在绕线轮小径轴段的一个固定孔内，在绕线轮的小径轴段绕制线长h；然后将鱼线另一端系重锤挂到高度为h处。
1.3放掉重锤后，重锤在重力作用下，将鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，带动驱动后轮转动，重锤下落高度h时，驱动后轮行走了位移L后停止。
2、带一次上下坡行走时的绕线行走方法如下：
2.1根据驱动后轮行走的位移L＝πDn1和小驱动齿轮与大驱动齿轮的传动比得主驱动轴转的圈数则得到下式：
其中，L1为开始行进位置到距离斜坡1000mm的平地位移，L21为斜坡前1000mm位置到斜坡坡底的位移，L22为斜坡坡底到坡顶的位移，L3为坡顶以后的位移。
从而得到第一次在绕线轮小径轴段上绕线的圈数为接着在绕线轮大径轴段上绕线的圈数为第二次在绕线轮小径轴段上绕线的圈数为进一步得到第一次在绕线轮小径轴段上需要绕线的长度h1＝πd2n21，接着在绕线轮大径轴段上需要绕线的长度h2＝πd1n22，第二次在绕线轮小径轴段上需要绕线的长度h3＝πd2n23，其中，d1为大径轴段直径；则重锤需要挂的高度h＝h1+h2+h3。
2.2绕线
将鱼线一端通过螺钉压紧在绕线轮小径轴段的一个固定孔内，在绕线轮的小径轴段上绕制线长h1后继续绕线至穿线槽口，然后在大径轴段上绕制线长h2后继续绕线至穿线槽口，再在小径轴段绕制线长为h3-h′2，其中，h′2为在大径轴段上绕制线长h2后继续绕线至穿线槽口需要的线长。最后将鱼线另一端系重锤挂到高度为h＝h1+h2+h3处。
2.3放掉重锤后，重锤在重力作用下，将鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，带动驱动后轮转动并在平地行走；鱼线由穿线槽口转换到大径轴段时刻，重锤下降高度为h3-h′2；接着鱼线从绕线轮的大径轴段绕出至由穿线槽口转换到小径轴段时刻，轴径增大使扭矩增大，驱动后轮驱动力加强完成先加速后上坡至坡顶的过程，该过程重锤下落高度为h2+h′2+h3-h′2，即h2+h3；驱动后轮爬至坡顶时，鱼线由穿线槽口转换到小径轴径上；然后鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，减少重锤的重力势能损耗，控制行进速度，驱动后轮下坡直到停止，该过程重锤下落高度为h1。
本发明一种适用避障无碳小车的绕线轮，为二级阶梯轴结构，大径轴段与小径轴段之间设有过渡轴肩，所述的过渡轴肩上开设有穿线槽口，穿线槽口的侧壁与轴肩圆弧过渡；大径轴段和小径轴段的外端端部均设有凸缘；小径轴段开设有沿周向均布的多个固定孔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明的绕线轮结构，采用不同大小轴径拼合的方式并设计了穿线槽口完成不同驱动力大小的转换，从而有效地控制小车行走速度及能量释放，使避障无碳小车行走平稳，势能输出得到合理控制。
2.本发明的绕线轮结构简单，成本低廉，可控性增强，使无碳小车的制作成本大大降低，稳定性得到保证。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的绕线轮示意图。
图中：1、大驱动齿轮，2、小驱动齿轮，3、从动轴，4、主驱动轴，5、绕线轮，6、驱动后轮，7、轴承支座，8、底板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种适用避障无碳小车的绕线方法，采用的后驱装置包括绕线机构、差速机构、轴承支座7和底板8。两个轴承支座7间距固定在底板8上。
如图1和2所示，绕线机构包括大驱动齿轮(主动轮)1、主驱动轴4和绕线轮5；主驱动轴4两端通过轴承分别支承在两个轴承支座7上；绕线轮5和大驱动齿轮1均固定在主驱动轴4上。绕线轮5为二级阶梯轴结构，大径轴段直径d1＝32mm，小径轴段直径d2＝10mm；大径轴段与小径轴段之间设有过渡轴肩，过渡轴肩上开设有穿线槽口，穿线槽口的侧壁与轴肩圆弧过渡；大径轴段和小径轴段的外端端部均设有凸缘；小径轴段开设有沿周向均布的四个固定孔；绕线轮5的四个固定孔均与主驱动轴4通过螺钉连接，且鱼线一端通过设置在绕线轮5的其中一个固定孔内的螺钉压紧固定，鱼线另一端系有重锤。
差速机构包括小驱动齿轮(从动轮)2、从动轴3和驱动后轮6；驱动后轮6直径为D＝220mm；从动轴3两端通过轴承分别支承在两个轴承支座7上；小驱动齿轮2固定在从动轴3上，并与大驱动齿轮啮合；其中一个驱动后轮6固定在从动轴3上，另一个驱动后轮6通过轴承支承在从动轴3上。两个驱动后轮6形成差速运动。小驱动齿轮2与大驱动齿轮的传动比i＝2。
该适用避障无碳小车的绕线行走方法，具体如下：
1、平地行走时的绕线行走方法如下：
1.1根据驱动后轮6行走的位移L＝πDn1和得主驱动轴4转的圈数即为绕线轮小径轴段需要绕线的圈数，其中，n1为从动轴3转的圈数；则重锤需要挂的高度h＝πd2n2，即为绕线轮小径轴段需要绕线的长度。
1.2将鱼线一端通过螺钉压紧在绕线轮小径轴段的一个固定孔内，在绕线轮的小径轴段绕制线长h；然后将鱼线另一端系重锤挂到高度为h处。
1.3放掉重锤后，重锤在重力作用下，将鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，带动驱动后轮转动，重锤下落高度h时，驱动后轮行走了位移L后停止。
2、带一次上下坡行走时的绕线行走方法如下：
2.1根据驱动后轮6行走的位移L＝πDn1和得主驱动轴4转的圈数则得到下式：
其中，L1为开始行进位置到距离斜坡1000mm的平地位移，L21为斜坡前1000mm位置到斜坡坡底的位移，L22为斜坡坡底到坡顶的位移，L3为坡顶以后的位移。
从而得到第一次在绕线轮小径轴段上绕线的圈数为接着在绕线轮大径轴段上绕线的圈数为第二次在绕线轮小径轴段上绕线的圈数为进一步得到第一次在绕线轮小径轴段上需要绕线的长度h1＝πd2n21，接着在绕线轮大径轴段上需要绕线的长度h2＝πd1n22，第二次在绕线轮小径轴段上需要绕线的长度h3＝πd2n23；则重锤需要挂的高度h＝h1+h2+h3。
2.2绕线
将鱼线一端通过螺钉压紧在绕线轮小径轴段的一个固定孔内，在绕线轮的小径轴段上绕制线长h1后继续绕线至穿线槽口，然后在大径轴段上绕制线长h2后继续绕线至穿线槽口，再在小径轴段绕制线长为h3-h′2，其中，h′2为在大径轴段上绕制线长h2后继续绕线至穿线槽口需要的线长。最后将鱼线另一端系重锤挂到高度为h＝h1+h2+h3处。
2.3放掉重锤后，重锤在重力作用下，将鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，带动驱动后轮转动并在平地行走；鱼线由穿线槽口转换到大径轴段时刻，重锤下降高度为h3-h′2；接着鱼线从绕线轮的大径轴段绕出至由穿线槽口转换到小径轴段时刻，轴径增大使扭矩增大，驱动后轮驱动力加强完成先加速后上坡至坡顶的过程，该过程重锤下落高度为h2+h′2+h3-h′2，即h2+h3；驱动后轮爬至坡顶时，鱼线由穿线槽口转换到小径轴径上；然后鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，减少重锤的重力势能损耗，控制行进速度，使得下坡平稳；驱动后轮下坡直到停止，该过程重锤下落高度为h1；驱动后轮停止时绕线轮的小径轴段还绕制有鱼线。
若带多次上下坡行走，则绕线方法为按一次上下坡行走的绕线方法进行多次绕线。
若还需要能实现转弯的复杂路况，可在小车上安装导向前轮，并通过电控系统控制导向前轮转向来避障。
上述实施方式用来解决说明本发明，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，对本发明作出任何的修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种适用避障无碳小车的绕线行走方法，其特征在于：采用的后驱装置包括绕线机构、差速机构、轴承支座和底板；两个轴承支座间距固定在底板上；所述的绕线机构包括大驱动齿轮、主驱动轴和绕线轮；所述的主驱动轴两端通过轴承分别支承在两个轴承支座上；绕线轮和大驱动齿轮均固定在主驱动轴上；所述的绕线轮为二级阶梯轴结构，大径轴段与小径轴段之间设有过渡轴肩，过渡轴肩上开设有穿线槽口，穿线槽口的侧壁与轴肩圆弧过渡；大径轴段和小径轴段的外端端部均设有凸缘；小径轴段上沿周向均布的多个固定孔均与主驱动轴通过螺钉连接；所述的差速机构包括小驱动齿轮、从动轴和驱动后轮；所述的从动轴两端通过轴承分别支承在两个轴承支座上；小驱动齿轮固定在从动轴上，并与大驱动齿轮啮合；其中一个驱动后轮固定在从动轴上，另一个驱动后轮通过轴承支承在从动轴上；
该适用避障无碳小车的绕线行走方法，具体如下：
1、平地行走时的绕线行走方法如下：
1.1根据驱动后轮行走的位移L＝πDn1和小驱动齿轮与大驱动齿轮的传动比得主驱动轴转的圈数其中，D为驱动后轮的直径，n1为从动轴转的圈数；则重锤需要挂的高度h＝πd2n2，即为绕线轮小径轴段需要绕线的长度，其中，d2为小径轴段直径；
1.2将鱼线一端通过螺钉压紧在绕线轮小径轴段的一个固定孔内，在绕线轮的小径轴段绕制线长h；然后将鱼线另一端系重锤挂到高度为h处；
1.3放掉重锤后，重锤在重力作用下，将鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，带动驱动后轮转动，重锤下落高度h时，驱动后轮行走了位移L后停止；
2、带一次上下坡行走时的绕线行走方法如下：
2.1根据驱动后轮行走的位移L＝πDn1和小驱动齿轮与大驱动齿轮的传动比得主驱动轴转的圈数则得到下式：
其中，L1为开始行进位置到距离斜坡1000mm的平地位移，L21为斜坡前1000mm位置到斜坡坡底的位移，L22为斜坡坡底到坡顶的位移，L3为坡顶以后的位移；
从而得到第一次在绕线轮小径轴段上绕线的圈数为接着在绕线轮大径轴段上绕线的圈数为第二次在绕线轮小径轴段上绕线的圈数为进一步得到第一次在绕线轮小径轴段上需要绕线的长度h1＝πd2n21，接着在绕线轮大径轴段上需要绕线的长度h2＝πd1n22，第二次在绕线轮小径轴段上需要绕线的长度h3＝πd2n23，其中，d1为大径轴段直径；则重锤需要挂的高度h＝h1+h2+h3；
2.2绕线
将鱼线一端通过螺钉压紧在绕线轮小径轴段的一个固定孔内，在绕线轮的小径轴段上绕制线长h1后继续绕线至穿线槽口，然后在大径轴段上绕制线长h2后继续绕线至穿线槽口，再在小径轴段绕制线长为h3-h′2，其中，h′2为在大径轴段上绕制线长h2后继续绕线至穿线槽口需要的线长；最后将鱼线另一端系重锤挂到高度为h＝h1+h2+h3处；
2.3放掉重锤后，重锤在重力作用下，将鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，带动驱动后轮转动并在平地行走；鱼线由穿线槽口转换到大径轴段时刻，重锤下降高度为h3-h′2；接着鱼线从绕线轮的大径轴段绕出至由穿线槽口转换到小径轴段时刻，轴径增大使扭矩增大，驱动后轮驱动力加强完成先加速后上坡至坡顶的过程，该过程重锤下落高度为h2+h′2+h3-h′2，即h2+h3；驱动后轮爬至坡顶时，鱼线由穿线槽口转换到小径轴径上；然后鱼线从绕线轮的小径轴段绕出，减少重锤的重力势能损耗，控制行进速度，驱动后轮下坡直到停止，该过程重锤下落高度为h1。
2.一种适用避障无碳小车的绕线轮，其特征在于：该绕线轮为二级阶梯轴结构，大径轴段与小径轴段之间设有过渡轴肩，所述的过渡轴肩上开设有穿线槽口，穿线槽口的侧壁与轴肩圆弧过渡；大径轴段和小径轴段的外端端部均设有凸缘；小径轴段开设有沿周向均布的多个固定孔。
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