CN108579102A - 一种重力势能驱动的自控越障小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力势能驱动的自控越障小车。属于小车技术领域。它主要是解决现有无碳小车单一的绕线轮无法给小车提供不同的速度的问题。它的主要特征是：包括车架、原动机构、传动机构、驱动机构、电控机构和制动机构，原动机构包括重块、绳索、定滑轮、定滑轮轴和支撑杆；传动机构包括绕线轮、绕线轮轴、大齿轮和小齿轮，绕线轮是由三个不同半径的轮子一体组成，重块固定连接在绳索的一端，绳索的另一端绕过定滑轮后缠绕在所述绕线轮上；驱动机构包括驱动轮轴和驱动轮。本发明的重力势能驱动的自控越障小车通过改变线绕在线轮上的不同位置来改变驱动力，从而实现小车平地匀速前进、上坡加速、下坡减速的多种功能。

Description

一种重力势能驱动的自控越障小车

技术领域

本发明涉及小车术领域，具体为一种重力势能驱动的自控越障小车。

背景技术

现有的无碳小车在原动机构上，多直接将牵引线绕在轮轴上，导致驱动力矩小，小车不易启动，在转向机构上多采用凸轮控制小车的转向，进而导致加工成本大，增大微调难度且不易控制；目前，以重力势能驱动的自控越障小车主要由车架、原动机构、传动机构、驱动机构、电控机构和制动机构组成，其中原动机构通常采用线轮结构，但是，单一的绕线轮无法给小车提供不同的速度，无法保证小车能够上下坡并且上下坡后还能以合适的速度避过障碍物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重力势能驱动的自控越障小车，以解决上述背景技术中提出的现有无碳小车单一的绕线轮无法给小车提供不同的速度，无法保证小车能够上下坡并且上下坡后还能以合适的速度避过障碍物的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种重力势能驱动的自控越障小车，包括车架、原动机构、传动机构、驱动机构、电控机构和制动机构，其特征在于：所述原动机构包括重块、绳索、定滑轮、定滑轮轴和支撑杆，所述定滑轮通过定滑轮轴安装在支撑杆的上部，所述支撑杆固定在车架上；所述传动机构包括绕线轮、绕线轮轴、大齿轮和小齿轮，所述绕线轮是由三个不同半径的轮子一体组成，所述重块固定连接在绳索的一端，绳索的另一端绕过定滑轮后缠绕在所述绕线轮上，所述绕线轮通过螺钉固定在所述绕线轮轴的一端，所述绕线轮轴的另一端与所述大齿轮固定连接；所述驱动机构包括驱动轮轴和安装在驱动轮轴上的驱动轮，所述小齿轮固定在驱动轮轴上，所述大齿轮与所述小齿轮啮合。

优选的，所述电控机构包括电路板、光电开关、光电开关支架、激光测距传感器、舵机、联轴器、电池盒、电池盒支座、前轮和前轮轴，所述光电开关为5个，通过光电开关支架分别固定安装在车架的四周，所述激光测距传感器固定安装在车架的左部，所述联轴器固定安装在车架的前部，舵机固定在联轴器的顶部，所述电池盒支座固定在车架中部，电池盒卡在电池盒支座内，电池盒支座右侧卡槽内安插电路板，所述车架前端设有前轮座，所述前轮通过前轮轴连接于前轮座上。

优选的，所述制动机构包括固定在车架上的倾角传感器和直流电磁铁。

优选的，所述车架为一字型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的重力势能驱动的自控越障小车通过设置单轮驱动、前轮转向的结构，通过改变线绕在线轮上的不同位置来改变驱动力，从而实现小车平地匀速前进、上坡加速、下坡减速的多种功能。此外，电控机构根据小车行进过程中是否遇到障碍，输出不同信号控制舵机动作；制动机构降低下坡时后轮的转动速度，实现小车赛道障碍识别、轨迹判断、自动转向和制动功能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的左视图。

图3为本发明的漫反射式光电开关安装位置结构示意图。

图中：1、前轮轴；2、光电开关；3、光电开关支架；4、驱动轮；5、电路板；6、支撑杆；7、定滑轮轴；8、定滑轮；9、电池盒；10、舵机；11、前轮；12、激光测距传感器；13、车架；14、倾角传感器；15、光电开关支架杆；16、联轴器；17、电池盒支座；18、大齿轮；19、驱动轮轴；20、小齿轮；21、直流电磁铁；22、绕线轮轴；23、绕线轮；24、绳索；25、重块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种重力势能驱动的自控越障小车包括车架13、原动机构、传动机构、驱动机构、电控机构和制动机构，所述的原动机构、传动机构、驱动机构、电控机构和制动机构安装在车架13上；所述原动机构通过传动机构带动驱动机构向前运动。

原动机构包括重块25、绳索24、定滑轮8、定滑轮轴7和支撑杆6；传动机构包括绕线轮轴23、绕线轮轴22、大齿轮18和小齿轮20；驱动机构包括驱动轮轴19和安装在驱动轮轴19上的驱动轮4；电控机构包括电路板5、光电开关2、光电开关支架3、激光测距传感器12、舵机10、联轴器16、电池盒9、电池盒支座17、前轮11和前轮轴1；制动机构包括固定在车架13上的倾角传感器14和直流电磁铁21。

定滑轮8通过定滑轮轴7安装在支撑杆6的上部，支撑杆6固定在车架13上，重块25固定在绳索24的一端，绳索24绕过定滑轮8后另一端缠绕在绕线轮23上，绕线轮23是由三个不同半径的轮子一体组成，绕线轮23通过螺钉固定在绕线轮轴22的一端，绕线轮轴22的另一端穿过车架13与所述大齿轮18固定连接；大齿轮18与安装在驱动机构上的小齿轮20啮合，带动安装在驱动轮轴19上的驱动轮4向前运动。

光电开关2为5个，通过光电开关支架3分别固定安装在车架13的四周，激光测距传感器12固定安装在车架13左部，联轴器16固定安装在车架13前部，舵机10固定在联轴器16顶部，电池盒支座17固定在车架13中部，电池盒9卡在电池盒支座17内，电池盒支座17右侧卡槽内安插电路板5，车架13前端设有前轮座，前轮11通过前轮轴1连接于前轮座上。车架13为一字型，原动机构设置在车架13的中侧，传动机构设置在车架13的中后侧，驱动机构设置在车架13的后侧，电控机构设置在车架13的中前侧，制动机构设置在车架13的后侧。

上述实施方式的工作原理为：将绳索24的一端固定在重块25上，转动驱动轮4，使重块25缓慢上升到相对于车架13的400±2mm高的位置，然后让重块25从最高处缓慢下落，通过绳索24和定滑轮7带动绕线轮23及绕线轮轴22进行旋转，从而带动大齿轮18转动，大齿轮18与安装在驱动机构上的小齿轮20啮合，带动安装在驱动轮轴19上的驱动轮4向前运动。

绕线轮23是由三个不同半径轮子一体组成的，通过3D打印制造出来，三个不同半径的轮子有着固定的传动比，在小车行驶的过程中能够自动换线，即可以搭配三个轮子中的两个轮子，绳索24的一端固定在重块25上，另一端绕过定滑轮8绕在绕线轮23的不同半径轮子上，通过将绳索24绕在不同半径的轮子上来改变小车转矩，进而改变小车的速度，便于使小车能够刚好冲上斜坡和小车在平路上刚好以匀速前行，这能够以最大限度节约砝码的重力势能，使小车跑得更远，使小车冲上斜坡并平稳避过障碍物。

小车从初始位置启动，即将面临上坡或避障，如果先上坡则为：挂重块25的绳索24一端绕在定滑轮8的中轮上，绳索24的另一端连接在绕线轮23的小轮上，此时为中轮带动小轮，驱动力矩最大，以保证小车刚好能把坡爬上去；当下坡时，挂重块25的绳索24一端还是绕在定滑轮8的中轮上，绳索24的另一端连接在绕线轮23的大轮上，此时为中轮带动大轮，产生力矩变小，以降低小车下坡时的速度，并可节省重物下降距离，此时保证小车在平路刚好被重块25带动， 以保证小车跑的距离为最远的。

小车正前方的光电开关检测前方障碍，左侧与左前方的光电开关2检测左侧障碍，右侧及右前方的光电开关2则检测右侧障碍；光电开关2在检测到障碍时向电路板5上的单片机输出低电平，否则输出高电平，单片机通过检测连接光电开关2的I/O口的状态变化，判断小车在行进过程中是否遇到障碍，进而输出不同信号控制舵机10动作，实现小车的自主避障；在直线无障碍赛道段，安装在小车左方的激光测距传感器12每隔400ms检测一次与边界道牙的距离，得到两次的距离差用来判断小车的调整方向，保持小车行进方向始终与边界平行；小车下坡时，倾角传感器将检测到的坡度数据发送至单片机模块，单片机模块根据倾角数据控制直流电磁铁21的吸合，通过直流电磁铁21的磁力阻碍驱动轮转动，从而实现制动的目的，当重块25下降到最低点时，平稳地落在车架13上，小车停止运转，这就是该重力势能驱动的自控越障小车的工作原理。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “中心”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种重力势能驱动的自控越障小车，包括车架（13）、原动机构、传动机构、驱动机构、电控机构和制动机构，其特征在于：所述原动机构包括重块（25）、绳索（24）、定滑轮（8）、定滑轮轴（7）和支撑杆（6），所述定滑轮（8）通过定滑轮轴（7）安装在支撑杆（6）的上部，所述支撑杆（6）固定在车架（13）上；所述传动机构包括绕线轮（23）、绕线轮轴（22）、大齿轮（18）和小齿轮（20），所述绕线轮（23）是由三个不同半径的轮子一体组成，所述重块（25）固定连接在绳索（24）的一端，绳索（24）的另一端绕过定滑轮（8）后缠绕在所述绕线轮（23）上，所述绕线轮（23）通过螺钉固定在所述绕线轮轴（22）的一端，所述绕线轮轴（22）的另一端与所述大齿轮（18）固定连接；所述驱动机构包括驱动轮轴（19）和安装在驱动轮轴（19）上的驱动轮（4），所述小齿轮（20）固定在驱动轮轴（19）上，所述大齿轮（18）与所述小齿轮（20）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种重力势能驱动的自控越障小车，其特征在于：所述电控机构包括电路板（5）、光电开关（2）、光电开关支架（3）、激光测距传感器（12）、舵机（10）、联轴器（16）、电池盒（9）、电池盒支座（17）、前轮（11）和前轮轴（1），所述光电开关（2）为5个，通过光电开关支架（3）分别固定安装在车架（13）的四周，所述激光测距传感器（12）固定安装在车架（13）的左部，所述联轴器（16）固定安装在车架（13）的前部，舵机（10）固定在联轴器（16）的顶部，所述电池盒支座（17）固定在车架（13）中部，电池盒（9）卡在电池盒支座（17）内，电池盒支座（17）右侧卡槽内安插电路板（5），所述车架（13）前端设有前轮座，所述前轮（11）通过前轮轴（1）连接于前轮座上。

3.根据权利要求1或2所述的一种重力势能驱动的自控越障小车，其特征在于：所述制动机构包括固定在车架（13）上的倾角传感器（14）和直流电磁铁（21）。

4.根据权利要求1或2所述的一种重力势能驱动的自控越障小车，其特征在于：所述车架（13）为一字型。