CN109876468A - 一种双8字形轨迹无碳小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双8字形轨迹无碳小车，包括动力机构、传动机构和转向机构，定滑轮安装在支撑框架顶端，缠绕线一端缠绕在绕线轴上，另一端绕过定滑轮后与砝码连接，高速轴一端通过传动齿轮组与绕线轴一端联动连接，主动轮和从动轮分别安装在高速轴两端，前轮座可转动安装在底板前端，前轮安装在前轮座内，摇杆固定在前轮座顶端，盘状曲柄固定在绕线轴另一端，盘状曲柄通过丝杆与摇杆的一端连接构成空间RSSR连杆机构。本发明结构简单紧凑，便于加工，利用砝码的重力势能，通过单轮驱动、单轮转向以及单连杆机构的设置形式使无碳小车实现稳定的双8字运行轨迹，不仅能量利用率高，运行稳定，而且可对轨迹的大小、形状、方向进行微调，实用性强。

Description

一种双8字形轨迹无碳小车

技术领域

本发明涉及无碳小车技术领域，特别是涉及一种双8字形轨迹无碳小车。

背景技术

无碳小车是一种具有方向控制功能的自行小车，其行走过程中所需能量均由给定砝码的重力势能转换而来。目前，已存在大量可实现8字形轨迹或S形轨迹的无碳小车，但是还未有能实现双8字形轨迹的无碳小车，而且现有的无碳小车往往结构复杂，不宜加工，能量利用率也偏低。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，转向高效，使小车能够多次循环双8字轨迹的双8字形轨迹无碳小车。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种双8字形轨迹无碳小车，包括车架和设置于所述车架上的动力机构、传动机构和转向机构，所述车架包括底板和设置于所述底板上的支撑框架；所述动力机构包括定滑轮、绕线轴和缠绕线，所述绕线轴可转动安装在所述底板上，所述定滑轮安装在所述支撑框架顶端，所述缠绕线的一端缠绕在所述绕线轴上，所述缠绕线的另一端用于绕过所述定滑轮后与砝码连接；所述传动机构包括高速轴、主动轮和从动轮，所述高速轴可转动安装在所述底板上，所述高速轴的一端通过传动齿轮组与所述绕线轴的一端联动连接，所述主动轮和所述从动轮分别安装在所述高速轴的两端，且所述主动轮安装在靠近所述传动齿轮组的一端；所述转向机构包括前轮、前轮座、摇杆、丝杆和盘状曲柄，所述前轮座可转动安装在所述底板前端，所述前轮安装在所述前轮座内，所述摇杆安装在所述前轮座的顶端，所述盘状曲柄固定在所述绕线轴的另一端，所述盘状曲柄通过所述丝杆与所述摇杆的一端连接构成空间RSSR连杆机构。

可选的，所述支撑框架包括三根支撑杆，三根所述支撑杆呈三角分布固定在所述底板上，三根所述支撑杆的外部套设有支撑杆固定箍。

可选的，所述绕线轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个第一轴承座上，两个所述第一轴承座安装在所述底板上。

可选的，所述底板的前端开设有安装孔，所述前轮座通过深沟球轴承安装在所述安装孔内，所述摇杆通过六角头螺栓水平安装在所述前轮座顶端。

可选的，所述丝杆的前端通过第一万向轴头与所述摇杆的一端万向连接，所述丝杆的后端通过第二万向轴头与所述盘状曲柄连接。

可选的，所述传动齿轮组包括传动大齿轮和与所述传动大齿轮相互啮合的传动小齿轮，所述传动大齿轮通过齿轮固定板安装在所述绕线轴的端部，所述传动小齿轮固定套设在所述高速轴上。

可选的，所述高速轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个第二轴承座上，两个所述第二轴承座安装在所述底板上；所述主动轮通过套筒紧固在所述高速轴的一端，所述从动轮通过滚针轴承安装在所述高速轴的另一端。

可选的，所述支撑框架垂直安装在所述底板的中部，所述绕线轴位于所述支撑框架与所述前轮座之间，所述高速轴贯穿所述支撑框架的内部设置。

可选的，所述砝码位于所述支撑框架的内部，所述支撑框架的内部底端设置有砝码托，所述砝码托安装在所述底板上，所述砝码托用于限制所述砝码的下落高度。

可选的，所述摇杆与所述前轮的法线之间的夹角能够通过所述六角头螺栓调节，且所述摇杆的上表面设置有角度刻度线。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的双8字形轨迹无碳小车结构简单新颖，利用砝码将其重力势能转变为绕线轴转动的机械能，再通过传动齿轮组的动力传递作用带动高速轴转动，从而为无碳小车提供动力，能量利用率高，小车运行距离长；同时，在空间RSSR连杆机构与前轮的配合作用下，能够使无碳小车的转向机构实现循环左右两不同曲率轨迹的周期转向，可使无碳小车实现稳定的双8字轨迹，且运行稳定，并可对轨迹的大小、形状、方向进行微调。

此外，本发明中采用支撑框架安装在底板中部、绕线轴位于支撑框架与前轮座之间、高速轴贯穿支撑框架内部设置的方案可使小车整体结构更加紧凑，单轮驱动、单轮转向以及单连杆机构的设置形式也使得无碳小车加工方便，有利于提高无碳小车的能量利用率；同时由于前轮法线与摇杆之间的角度可调，置，可大大提高机构的可控性，实用性极强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明双8字形轨迹无碳小车的轴测图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明双8字形轨迹无碳小车的轨迹示意图；

其中，附图标记为：1、底板；2、支撑框架；3、定滑轮；4、绕线轴；5、缠绕线；6、砝码；7、高速轴；8、主动轮；9、从动轮；10、传动大齿轮；11、传动小齿轮；12、前轮；13、前轮座；14、摇杆；15、丝杆；16、盘状曲柄；17、第一轴承座；18、第二轴承座；19、齿轮固定板；20、六角头螺栓；21、支撑杆；22、支撑杆固定箍；23、砝码托。

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。

本发明的目的是提供一种结构简单，转向高效，使小车能够多次循环双8字轨迹的双8字形轨迹无碳小车。

基于此，本发明提供一种双8字形轨迹无碳小车，包括车架和设置于车架上的动力机构、传动机构和转向机构，车架包括底板和设置于底板上的支撑框架；动力机构包括定滑轮、绕线轴和缠绕线，绕线轴可转动安装在底板上，定滑轮安装在支撑框架顶端，缠绕线的一端缠绕在绕线轴上，缠绕线的另一端用于绕过定滑轮后与砝码连接；传动机构包括高速轴、主动轮和从动轮，高速轴可转动安装在底板上，高速轴的一端通过传动齿轮组与绕线轴的一端联动连接，主动轮和从动轮分别安装在高速轴的两端，且主动轮安装在靠近传动齿轮组的一端；转向机构包括前轮、前轮座、摇杆、丝杆和盘状曲柄，前轮座可转动安装在底板前端，前轮安装在前轮座内，摇杆固定在前轮座的顶端，盘状曲柄固定在绕线轴的另一端，盘状曲柄通过丝杆与摇杆的一端连接构成空间RSSR连杆机构。

本发明的双8字形轨迹无碳小车结构简单新颖，利用砝码将其重力势能转变为绕线轴转动的机械能，再通过传动齿轮组的动力传递作用带动高速轴转动，从而为无碳小车提供动力，能量利用率高，小车运行距离长；同时，在空间RSSR连杆机构与前轮的配合作用下，能够使无碳小车的转向机构实现循环左右两不同曲率轨迹的周期转向，可使无碳小车实现稳定的双8字轨迹，且运行稳定，并可对轨迹的大小、形状、方向进行微调。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1～3所示，本实施例提供一种双8字形轨迹无碳小车，包括车架和设置于车架上的动力机构、传动机构和转向机构，车架包括底板1和设置于底板上的支撑框架2；动力机构包括定滑轮3、绕线轴4和缠绕线5，绕线轴4可通过轴承组件可转动安装在底板1的上表面，定滑轮3通过转轴及其相关轴承组件安装在支撑框架2的顶端，缠绕线5的一端缠绕在绕线轴4上，缠绕线5的另一端用于绕过定滑轮3后与砝码6连接，其中砝码6的重量等级并不限定，可根据实际需求更换不同重量等级的砝码或其他重物；传动机构包括高速轴7、主动轮8和从动轮9，高速轴7通过轴承钻进可转动安装在底板1上，优选高速轴7与绕线轴4平行且并排设置，高速轴7的一端通过传动齿轮组与绕线轴4的一端形成联动连接，即绕线轴4转动时，可通过上述传动齿轮组将动力传送至高速轴7，进而带动高速轴7转动，主动轮8和从动轮9分别安装在高速轴7的两端，且主动轮8安装在靠近传动齿轮组的一端；转向机构包括前轮12、前轮座13、摇杆14、丝杆15和盘状曲柄16，前轮座13通过相关的轴承组件以常规的安装方式可转动安装在底板1前端，前轮12通过轮轴及其相关轴承组件安装在前轮座13内，摇杆14固定在前轮座13的顶端，盘状曲柄16固定在绕线轴4的另一端，盘状曲柄16通过丝杆15与摇杆14的一端连接构成空间RSSR连杆机构；其中，空间RSSR连杆机构在本实施例中具体包括：盘状曲柄16在绕线轴4转动时所形成的转动副R，丝杆15的一端与盘状曲柄16之间连接形成球面副S，丝杆15的另一端与摇杆14的一端连接形成球面副S，以及由于前轮座13的可转动安装时，在丝杆15的推动作用下由摇杆14所形成的以前轮座13的转动中心为中心的转动副R，上述空间RSSR连杆机构为一种常见的空间曲柄连杆机构，具体的工作原理在此不再赘述。本实施例利用砝码将其重力势能转变为绕线轴4转动的机械能，再通过传动齿轮组的动力传递作用带动高速轴7转动，从而为无碳小车提供动力，在上述空间RSSR连杆机构与前轮的配合作用下，能够使无碳小车的转向机构实现循环左右两不同曲率轨迹的周期转向，可使无碳小车实现稳定的双8字轨迹，如图3所示。

于本具体实施例中，如图1所示，支撑框架2包括三根支撑杆21，三根支撑杆21优选呈三角分布固定在底板1上，三根支撑杆21的外部套设有支撑杆固定箍22，有利于提高支撑框架2的结构稳定性。本实施例中，支撑杆固定箍22优选间隔设置为两个以上，其中两根支撑杆21并排设置在绕线轴4和高速轴7之间，且这两根支撑杆21的连线与绕线轴4和高速轴7均平行，定滑轮3则优选设置在这两根支撑杆21的顶端，且定滑轮3的转轴平行于高速轴7和/或绕线轴4设置，有利于提高该动力机构的传动稳定性。

进一步地，如图1～2所示，绕线轴4的两端分别通过深沟球轴承安装在两个第一轴承座17上，两个第一轴承座17可通过螺栓副可转动安装在底板1上。其中螺栓副优选包括六角头螺栓螺母。

进一步地，如图1～2所示，底板1的前端开设有安装孔，前轮座13优选通过深沟球轴承以常规的方式安装在该安装孔内，摇杆14优选通过六角头螺栓20水平安装在前轮座13顶端。本实施例中，可在摇杆14上设置多个固定孔，通过不同位置的固定孔与前轮座13顶端螺栓连接，可以调节摇杆14的用于与丝杆15连接的一端的长度，相应的，丝杆15也可设置为长度可调的杆结构，空间RSSR连杆机构中每一段杆长均可调节，不仅可用于对小车运行轨迹的大小、形状、方向进行微调，而且有利于提高整个转向机构的可控性。

进一步地，如图1～2所示，丝杆15的前端优选通过第一万向轴头与摇杆14的一端万向连接，其中第一万向轴头可以通过调节螺杆与摇杆14连接，调节螺杆的螺纹段用于与摇杆14的端部螺纹连接；相应的，丝杆15的后端优选通过第二万向轴头与盘状曲柄16万向连接，其中第二万向轴头可通过螺栓副与盘状曲柄16连接，此处螺栓副可优选为六角头螺栓螺母结构。本实施例中上述第一万向轴头、第二万向轴头以及调节螺杆均为现有常规部件，万向轴头和调节螺杆也为现有空间RSSR连杆机构中常见的连接组件，具体的结构说明和使用原理在此不再赘述。

进一步地，如图1～2所示，传动齿轮组包括传动大齿轮10和与传动大齿轮10相互啮合的传动小齿轮11，传动大齿轮10优选通过齿轮固定板19固定安装在绕线轴4的端部，传动小齿轮11则优选固定套设在高速轴7上。

进一步地，如图1～2所示，高速轴7的两端分别优选通过深沟球轴承安装在两个第二轴承座18上，两个第二轴承座18优选通过螺栓副安装在底板1上；主动轮8优选通过套筒紧固在高速轴7的一端，从动轮9优选通过滚针轴承安装在高速轴7的另一端。

进一步地，于本实施例中，如图1～2所示，底板1优选设置为前尖后平的轴对称板结构，前轮座13安装在底板1的正前端，支撑框架2优选垂直安装在底板1的中部，绕线轴4则位于支撑框架2与前轮座13之间，高速轴7则贯穿支撑框架2的内部设置，上述结构布置有利于提高整个小车的结构紧凑性，方便加工制造。

进一步地，如图1～2所示，本实施例中支撑框架2为空心结构，砝码6悬挂在缠绕线5上之后，在重力作用下自然下垂，此时可优选砝码6位于支撑框架2的内部，可优选砝码6的轴线与支撑框架2的中心轴线重合，如此可使得砝码6在支撑框架2内进行升降；同时，支撑框架2的内部底端设置有砝码托23，砝码托23安装在底板1上，且优选砝码托23位于砝码6的正下方，砝码托23用于限制砝码6的下落高度，以防砝码6砸落在底板1或其他结构上造成损坏，由此也可知，砝码托23的高度应该高于高速轴7和绕线轴4。

进一步地，如图1～2所示，摇杆14与前轮12的法线之间的夹角能够通过六角头螺栓20调节，且摇杆14的上表面设置有角度刻度线，前轮12的法线与摇杆14之间的夹角大小可通过读取上述角度刻度线的数值直接获取，通过配合调节摇杆14与前轮12的法线之间的夹角，以及摇杆14和/或丝杆15的长度，可以让小车走出任意的左右曲率、长度比例不同的曲线所构成形状的轨迹，实现对小车运行轨迹的大小、形状、方向的微调。

下面对本实施例作具体工作原理说明。

首先选定某一重量等级的砝码6在支撑框架2内作下落运动，该砝码6提供的重力势能通过缠绕在定滑轮3上的缠绕线5传递到绕线轴4并转化为绕线轴4转动的机械能；然后，绕线轴4的转动通过传动大齿轮10和传动小齿轮11传递至高速轴7，高速轴7带动主动轮8和从动轮9转动，带动无碳小车向前行驶；同时，绕线轴4上固定的盘状曲柄16开始转动，在由盘状曲柄16、丝杆15以及摇杆16形成的空间RSSR连杆机构的作用下，可使前轮12周期性地转向，最终实现无碳小车的双8字形轨迹的行走。如图3所示，一般情况下，距离a和距离b的值是相同的。

由此可见，本发明的双8字形轨迹无碳小车结构简单新颖，利用砝码将其重力势能转变为绕线轴转动的机械能，再通过传动齿轮组的动力传递作用带动高速轴转动，从而为无碳小车提供动力，能量利用率高，小车运行距离长；同时，在空间RSSR连杆机构与前轮的配合作用下，能够使无碳小车的转向机构实现循环左右两不同曲率轨迹的周期转向，可使无碳小车实现稳定的双8字轨迹，且运行稳定，并可对轨迹的大小、形状、方向进行微调。

此外，本发明中采用支撑框架安装在底板中部、绕线轴位于支撑框架与前轮座之间、高速轴贯穿支撑框架内部设置的方案可使小车整体结构更加紧凑，单轮驱动、单轮转向以及单连杆机构的设置形式也使得无碳小车加工方便，有利于提高无碳小车的能量利用率；同时由于前轮法线与摇杆之间的角度可调，置，可大大提高机构的可控性，实用性极强。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：包括车架和设置于所述车架上的动力机构、传动机构和转向机构，所述车架包括底板和设置于所述底板上的支撑框架；所述动力机构包括定滑轮、绕线轴和缠绕线，所述绕线轴可转动安装在所述底板上，所述定滑轮安装在所述支撑框架顶端，所述缠绕线的一端缠绕在所述绕线轴上，所述缠绕线的另一端用于绕过所述定滑轮后与砝码连接；所述传动机构包括高速轴、主动轮和从动轮，所述高速轴可转动安装在所述底板上，所述高速轴的一端通过传动齿轮组与所述绕线轴的一端联动连接，所述主动轮和所述从动轮分别安装在所述高速轴的两端，且所述主动轮安装在靠近所述传动齿轮组的一端；所述转向机构包括前轮、前轮座、摇杆、丝杆和盘状曲柄，所述前轮座可转动安装在所述底板前端，所述前轮安装在所述前轮座内，所述摇杆安装在所述前轮座的顶端，所述盘状曲柄固定在所述绕线轴的另一端，所述盘状曲柄通过所述丝杆与所述摇杆的一端连接构成空间RSSR连杆机构。

2.根据权利要求1所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述支撑框架包括三根支撑杆，三根所述支撑杆呈三角分布固定在所述底板上，三根所述支撑杆的外部套设有支撑杆固定箍。

3.根据权利要求1所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述绕线轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个第一轴承座上，两个所述第一轴承座安装在所述底板上。

4.根据权利要求1所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述底板的前端开设有安装孔，所述前轮座通过深沟球轴承安装在所述安装孔内，所述摇杆通过六角头螺栓水平安装在所述前轮座顶端。

5.根据权利要求1所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述丝杆的前端通过第一万向轴头与所述摇杆的一端万向连接，所述丝杆的后端通过第二万向轴头与所述盘状曲柄连接。

6.根据权利要求1所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述传动齿轮组包括传动大齿轮和与所述传动大齿轮相互啮合的传动小齿轮，所述传动大齿轮通过齿轮固定板安装在所述绕线轴的端部，所述传动小齿轮固定套设在所述高速轴上。

7.根据权利要求1所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述高速轴的两端分别通过深沟球轴承安装在两个第二轴承座上，两个所述第二轴承座安装在所述底板上；所述主动轮通过套筒紧固在所述高速轴的一端，所述从动轮通过滚针轴承安装在所述高速轴的另一端。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述支撑框架垂直安装在所述底板的中部，所述绕线轴位于所述支撑框架与所述前轮座之间，所述高速轴贯穿所述支撑框架的内部设置。

9.根据权利要求8所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述砝码位于所述支撑框架的内部，所述支撑框架的内部底端设置有砝码托，所述砝码托安装在所述底板上，所述砝码托用于限制所述砝码的下落高度。

10.根据权利要求4所述的双8字形轨迹无碳小车，其特征在于：所述摇杆与所述前轮的法线之间的夹角能够通过所述六角头螺栓调节，且所述摇杆的上表面设置有角度刻度线。