CN110152316B - 无碳小车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无碳小车,解决了现有小车偏转方向调节难的问题，所述无碳小车包括车架及设于车架上的行走机构、传动机构和转向机构；行走机构包括与车架转动连接的前轮、设于车架两侧的后轮及用于驱动后轮转动的驱动组件；传动机构包括用于调节传动周期的周期调节组件，传动机构连接后轮与转向机构，转向机构一端与传动机构连接，另一端与前轮连接，驱动组件通过驱动后轮转动以使传动机构驱动传动机构调节与其连接的前轮的偏转方向，周期调节组件通过改变传动周期以改变转向机构驱动前轮偏转的转向周期。通过行走机构、传动机构及转向机构三者的配合使小车按照预设要求按“双8”字形轨迹循环运行，且可通过周期调节组件可调节小车的轨迹大小。

Description

无碳小车

技术领域

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种无碳小车。

背景技术

无碳小车是仅依靠重锤下降过程中产生的重力势能驱动小车行走及转向的小车。该小车在行走时可以自动避开行驶道上固定间距的障碍物。面对煤炭资源的减少，无碳的理念越来越得到人们的重视。无碳小车把势能转换成机械能，真正达到了节能环保的目的。

但是目前现有的无碳小车中偏转的方向固定，即所行走的轨迹固定，适应性低，若需要改变小车的行走轨迹，则需要更换对应的零部件，更换过程繁琐，成本较高。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种偏转方向方便调节的无碳小车。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种无碳小车，包括车架及设于车架上的行走机构、传动机构和转向机构；所述行走机构包括与车架转动连接的前轮、设于车架两侧的后轮及用于驱动后轮转动的驱动组件；所述传动机构包括用于调节其传动周期的周期调节组件，并且所述传动机构连接所述后轮与所述转向机构，所述转向机构一端与所述传动机构连接，另一端与所述前轮连接，所述驱动组件通过驱动后轮转动以使传动机构驱动所述传动机构调节与其连接的前轮的偏转方向，且所述周期调节组件通过改变传动机构的传动周期以改变转向机构驱动前轮偏转的转向周期。

进一步设置：所述传动机构还包括与所述转向机构连接且沿靠近或远离所述转向机构移动的推杆及与所述后轮的转动轴连接以驱动推杆移动的动力件。

进一步设置：所述动力件包括与所述后轮的转动轴连接的凸轮，所述推杆远离转向机构的端部与凸轮的侧边相抵。

进一步设置：所述周期调节组件包括与凸轮同轴转动的摩擦盘及套设于转动轴上并与摩擦盘紧密相贴以驱动摩擦盘转动的柔性件，所述柔性件在转动轴上的位置可调。

进一步设置：所述推杆与所述车架靠近转动轴的一侧设有弹性件。

进一步设置：所述转向机构包括与推杆的端部连接的第一摆动杆、与所述前轮连接的第二摆动杆及用于连接第一摆动杆及第二摆动杆以构成连杆结构的转向滑块。

进一步设置：所述第一摆动杆及第二摆动杆与转向滑块连接的端部均设有供所述转向滑块滑动的滑槽，所述转向滑块的两端均可与对应的摆动杆相抵以确定其端部位置的定位件，所述转向滑块与所述第二摆动杆转动连接。

进一步设置：所述第二摆动杆与前轮连接的端部设有与其固定的前轮支架，所述前轮支架与所述车架转动连接，所述前轮转动设于所述前轮支架上。

进一步设置：所述后轮包括半径不同的主动轮和从动轮，所述主动轮的半径大于从动轮。

进一步设置：所述驱动组件包括平行于主动轮的转动轴设置且与转动轴连接的主动轴、从所述车架顶部做下落运动的重物及吊绳，所述吊绳一端与重物连接，另一端局部绕设于所述主动轴上。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

1.在本发明的无碳小车中，所述驱动组件与主动轮的转动轴连接以驱动主动轴转动进而驱动小车移动，实现单轮驱动，避免复杂的差动轮系，并且小车在沿“双8”字轨迹行走时，需先转大圈，再转小圈，接着转大圈，随后转小圈，最后转大圈，形成完整的行走周期，且半径较大的主动轮在转大圈时靠近轨道内侧，而半径较小的从动轮在转小圈时靠近轨道内侧。通过设置直径大小不同的行走轮，使得行走过程中转速差小，行走过程中转速差小，行走更稳定且循环应力小，可降低机械疲劳，有利于小车在行走过程中发生转向。

2.在本发明的无碳小车中，采用周期调节组件可用于调节凸轮的转动周期，周期调节组件中的橡胶圈在主动轴的转动轴上的位置可调，使得橡胶圈可与摩擦盘的不同直径位置接触，从而可调节主动轴的转动轴与摩擦盘之间的传动比，由于凸轮与摩擦盘同轴转动，通过改变橡胶圈的位置可调节摩擦盘的转动速度继而可改凸轮的转动周期。并且可通过调节两个橡胶圈与摩擦盘的轴心的距离差以实现改变摩擦盘的转动周期，同时采用双橡胶圈与摩擦盘接触，使得摩擦盘两侧的受力均匀，避免打滑。

3.在本发明的无碳小车中，通过在推杆与车架之间设置弹性件可实现推杆的端部时刻与凸轮相抵，使得推杆可随凸轮的转动进行移动，继而通过第一摆动杆、第二摆动杆及转向滑块以改变与第二摆动杆连接的前轮支架的偏转方向，以达到调节前轮偏转方向的目的。当凸轮转动一周，在推杆及转动组件的带动下，小车的前轮完成一次完整的转向，由于在重物下落过程中，所述凸轮可发生循环转动，因此小车前轮的转向可具有多个休止期，确保前轮的多次转向，以实现“双8”字轨迹的行走。

4.在本发明的无碳小车中，弹性件采用橡皮条，橡皮条的弹性佳，且易于调节，可在多出放置以有利于确定推杆被拉回的长度，并且同时设置多根橡皮条，可抵消推杆在被凸轮驱动时的横向作用力，从而有利于降低推杆座的磨损。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明无碳小车的一个实施例的结构示意图；

图2为图1的A部放大示意图；

图3为本发明无碳小车的一个实施例用于示意转向机构的示意图；

图4为图3的B部放大示意图。

图中，1、车架；11、小车底板；12、支撑架；121、支撑杆；122、支撑横梁；123、支撑顶梁；13、定滑轮；14、后轮轴架；21、前轮；221、主动轮；222、从动轮；223、传动轴；224、第一齿轮；225、第二齿轮；231、重物；232、吊绳；233、主动轴；234、轴套；235、螺钉；3、传动机构；31、摩擦盘；32、凸轮；33、推杆；34、推杆座；35、弹性件；36、柔性件；37、支撑座；371、支撑轴；4、转向机构；41、第一摆动杆；42、第二摆动杆；43、转向滑块；431、定位件；432、滚轮；44、前轮支架；441、转轴；40、滑动槽。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明涉及一种无碳小车，请参见图1至图4，尤其涉及一种转向可调的无碳小车，其可将重力势能转化为用于驱动小车行走及转向的机械势能，通常运用于“双8”字形赛道避障形式常规项目中，并可根据“双8”赛道的不同以改变其行走的轨迹、形状及位置，以适应于不同间距障碍物的竞赛场地，应用广泛。请参见图，所述无碳小车包括车架1及设于车架1上的行走机构（未标号，下同）、传动机构3及转向机构4，通过行走机构、传动机构3及转向机构4三者的配合使得小车可按照预设要求按“双8”字形轨迹循环运行。

其中，所述车架1包括小车底板11及垂直于小车底板11设置的支撑架12。所述行走机构包括转动设于小车底板11上的前轮21及后轮22，所述前轮21设于车架1的前端以作为小车的方向调节轮，所述后轮22设有两个且分别置于所述车架1的两侧，两个所述后轮22均分别设有转动轴与与所述车架1连接，且所述车架1上还设有用于支撑后轮22的转动轴的后轮轴架14，以确保转动轴转动的稳定性。

进一步的，请结合图1和图2，所述后轮22包括主动轮221和从动轮222，所述主动轮221的半径大于从动轮222的半径，且所述主动轮221与所述从动轮222分别转动连接于所述车架1上，两者的转动轴相互独立，需要特别说明的是，本实施例中的主动轮221的转动轴为定义为传动轴223。

所述行走机构还包括用于驱动后轮22转动以使小车行走的驱动组件（未标号，下同），具体的，所述驱动组件与所述主动轮221的转动轴（即传动轴223）连接，可通过主动轮221的转动带动从动轮222以实现小车的单轮驱动，避免复杂的差动轮系。并且小车在沿“双8”字轨迹行走时，需先转大圈，再转小圈，接着转大圈，随后转小圈，最后转大圈，形成完整的行走周期，且半径较大的主动轮221在转大圈时靠近轨道内侧，而半径较小的从动轮222在转小圈时靠近轨道内侧。通过设置直径大小不同的行走后轮，使得行走过程中转速差小，行走过程中转速差小，行走更稳定且循环应力小，可降低机械疲劳，有利于小车在行走过程中发生转向。

所述驱动组件包括可做下落运动的重物231、与所述传动轴223连接的主动轴233及连接所述重物231及所述主动轴233的吊绳232，所述吊绳232的一端与重物231固定，另一端与所述主动轴233固定且局部绕设于所述主动轴233上，所述主动轴233与所述传动轴223之间为齿轮连接，以通过齿轮传动使得主动轴233带动传动轴223转动。同时，所述支撑架12的顶部设有定滑轮13，所述吊绳232可绕过定滑轮13使得所述重物231从定滑轮13处做下落运动。

进一步的，所述支撑架12包括三根呈三角形布置的支撑杆121、用于连接三根支撑杆121的支撑横梁122及设于支撑杆121顶部的支撑顶梁123，所述定滑轮13设于支撑顶梁123上且可绕支撑顶梁123转动。所述支撑架12呈三角形设置具有良好的结构稳定性，同时所述支撑横梁122及支撑顶梁123的用于连接三根支撑杆121，可加强支撑架12的结构稳定性，从而确保重物231在下落过程中小车的稳定性。

优选地，所述重物231可设置为重锤，或具有一定重量的砝码等，以确保在所述重物231下落过程中，其重力势能可转化为主动轴233的转动的机械势能。当重锤下落时，所述吊绳232被重锤牵引以带动主动轴233的转动，进而带动传动轴223转动以使主动轴233转动，实现小车的行走。

进一步的，所述主动轴233平行于所述传动轴223，且两者均转动设于所述后轮轴架14上，所述主动轴233与所述传动轴223之间设有用于连接两者的齿轮组，所述齿轮组包括相互啮合的第一齿轮224和第二齿轮225，所述第一齿轮224与所述主动轴233同轴转动，所述第二齿轮225与所述传动轴223同轴转动，从而可通过相互啮合的第一齿轮224和第二齿轮225实现传动。此外，还可通过调节第一齿轮224和第二齿轮225的传动比以调节所述传动轴223的转动速度，继而改变小车的行走速度。

更进一步的，所述主动轴233上还套设有轴套234，所述轴套234与所述主动轴233之间通过贯穿轴套234并抵紧所述主动轴233的螺钉235固定，所述吊绳232与主动轴233连接的端部固定于所述轴套234上，通过加设轴套234改变主动轴233的直径以增大主动轴233的力矩，更利于驱动主动轴233的转动，从而更易于驱动小车的行走。但由于轴套234的增加会导致吊绳232绕设于所述主动轴233上的圈数变少，使得主动轴233所转动的圈数减少，将导致小车的行走距离减少，故可采用直径由大变小的轴套234，所述吊绳232的端部与轴套234直径小的一侧固定，且逐渐朝大直径的方向进行缠绕，从而可在方便驱动小车行走的前提下确保小车的行走距离。

此外，请结合图3和图4，小车的转向可通过转向机构4实现，并且所述传动机构3连接所述传动轴223与转向机构4，以在后轮22转动时，通过传动机构3驱动转向机构4以调节与转向机构4连接的前轮21的偏转方向。

所述传动机构3包括与所述转向机构4连接且沿靠近或远离转向机构4的方向移动的推杆33及与所述主动轮221的传动轴223连接并可与所述推杆33相抵以驱动推杆33移动的动力件（未标号，下同）。

其中，所述动力件包括与所述传动轴223连接的凸轮32，通过凸轮32转动以带动推杆33的移动。在其它实施例中动力件还可设置为曲柄滑块机构，通过将曲柄与传动轴223连接，滑块与推杆33连接，使得曲柄在随传动轴223转动时，滑块带动推杆33移动。

进一步的，所述小车底板11上还固定有用于限制推杆33的移动路径的推杆座34，所述推杆座34沿其长度方向开始有导向槽（未标号，下同），所述推杆33插接于导向座中滑动，从而提高推杆33移动的稳定性。

在本实施例中，所述凸轮32转动一周，对应小车的前轮21绕其周期完整转向一次，则可通过调节凸轮32的转动周期即可改变前轮21的转向周期。所述传动机构3还包括与凸轮32同轴转动并与所述传动轴223连接以调节所述凸轮32转动周期的周期调节组件，所述周期调节组件包括与所述凸轮32同轴转动的摩擦盘31及套设于所述传动轴223上并可与所述摩擦盘31紧密相贴以带动摩擦盘31转动的柔性件36。优选地，所述柔性件36为橡胶圈，通过橡胶圈与摩擦盘31紧密相贴以带动摩擦盘31的转动，可避免传动轴223与摩擦盘31的刚性接触导致摩擦盘31及传动轴223的损坏。

进一步的，所述橡胶圈在传动轴223上的位置可调，使得橡胶圈可与摩擦盘31的不同直径位置接触，从而可调节传动轴223与摩擦盘31之间的传动比，由于凸轮32与摩擦盘31同轴转动，通过改变橡胶圈的位置可调节摩擦盘31的转动速度继而可改凸轮32的转动周期。

更进一步的，所述橡胶圈可设置两个，且两个橡胶圈分设于摩擦盘31轴心的两侧，并且两个橡胶圈与摩擦盘31的轴心距不同使得橡胶圈对摩擦盘31的施力点不同，使得摩擦盘31存在速度差以实现摩擦盘31转动，并且可通过调节两个橡胶圈与摩擦盘31的轴心的距离差，实现改变摩擦盘31的转动周期的目的，同时采用双橡胶圈与摩擦盘31接触，使得摩擦盘31两侧的受力均匀，避免打滑。

进一步的，所述车架1上还设有用于支撑凸轮32及摩擦盘31的支撑座37及与支撑座37转动连接并贯穿所述凸轮32与摩擦盘31的轴心的支撑轴371，所述支撑轴371随凸轮32及摩擦盘31转动。

更进一步的，所述凸轮32及摩擦盘31在支撑轴371上的位置可调，使得摩擦盘31的位置可适配于所述传动轴223和橡胶圈，凸轮32的位置可适配于推杆33的位置。

此外，由于所述凸轮32通过推动推杆33以驱动转向机构4调节前轮21的转向，故可在推杆33与车架1之间设置弹性件35，使得凸轮32在转动的过程中，所述推杆33与凸轮32全程紧密接触，可实现推杆33的往复循环运动，进而可循环驱动转向机构4调节前轮21的转向，以达到小车按“双8”轨道行走的目的，并且所述凸轮32转动一周，对应小车的前轮21绕其周期完整转向一次，故通过改变橡胶圈的位置以达到改变凸轮32的转动周期，继而达到改变小车前轮21的转向周期，使得小车可根据实际轨道路线调整其转向周期，对比现有无碳小车的行走路线无法适应对“双8”字轨道大小的调节，本发明的调节结构简单，调节方便，适用性广。

优选地，所述弹性件35可设置为橡皮条或者弹簧等，本实施例中采用橡皮条作为弹性件35，所述橡皮条的一端与推杆固定，另一端与所述后轮轴架14固定，橡皮条弹性佳，且易于调节，可在多处放置以更有利于确定推杆33被拉回的长度，并且同时使用多根橡皮条，多根橡皮条可分别设于小车的左右两侧且对称设置，从而可抵消推杆33在被凸轮32驱动时的横向作用力，从而降低推杆座34的磨损。

优选地，所述凸轮32的形状可通过matlab等仿真软件先进行小车轨迹仿真得到相应的轨迹数据，再由solidworks等制图软件模拟绘出可使小车进行“双8”字轨迹的凸轮32的轮廓。

请参见图，所述转向机构4的一端与传动机构3连接，另一端与小车的前轮21连接，所述转向机构4在受到传动机构3的驱动下可对小车前轮21的转向进行调整。具体地，所述转向机构4包括与推杆33远离凸轮32的端部连接的第一摆动杆41、与前轮21连接的第二摆动杆42及用于连接第一摆动杆41和第二摆动杆42以构成连杆结构的转向滑块43。

其中，所述第一摆动杆41与推杆33固定连接且垂直于推杆33设置，所述第二摆动杆42远离转向滑块43的端部与前轮21转动连接且与小车底板11转动连接，并且在第一摆动杆41与第二摆动杆42靠近转向滑块43的端部均开设供转向滑块43的端部滑动的滑动槽40，且所述转向滑块43的两端均设有用于确定其端部位置的定位件431，优选地，所述定位件431包括转过所述滑动槽40并旋拧于转向滑块43端部的螺栓，并且所述转向滑块43靠近第二摆动杆42的端部设有嵌于第二摆动杆42的滑动槽40内转动的滚轮432，使得转向滑块43可与第二摆动杆42可相对转动。

通过螺栓与对应的摆动杆相抵以确定转向滑块43的端部位置，使得推杆33在推动第一摆动杆41及转向滑块43移动时，由于第二摆动杆42的一端与车架1的相对位置固定，使得第二摆动杆42可发生偏转以调动前轮21发生偏转，通过调节转向滑块43与第一摆动杆41和第二摆动杆42的相对位置可调节前轮21的摆动幅度，并通过调节前轮21的摆动幅度，可实现调节小车行走轨迹的形状，即“双8”字轨迹的胖瘦程度。

更进一步的，所述第二摆动杆42与车架1连接的端部固定有用于安装前轮21的前轮支架44，所述前轮支架44与第二摆动杆42之间通过转轴441连接，所述前轮支架44、第二摆动杆42及转轴441三者为固定连接，所述前轮支架44及转轴441均与所述车架1转动连接，所述前轮21转动安装于前轮支架44上，当所述第二摆动杆42受到转向滑块43的驱动以转动时，可带动前轮支架44发生偏转，进而达到调节前轮21偏转方向的目的。

综上所述，本发明的无碳小车可利用重锤下落的重力势能转化为小车行走及转向的机械势能，符合无碳小车节能环保的要求，并且通过行走机构、传动机构3及转向机构4三者配合实现小车的“双8”字轨迹的行走。

所述行走机构中通过传动轴223上的橡胶圈与摩擦盘31紧密相贴以带动摩擦盘31转动，继而带动与其同轴转动的凸轮32的转动，并在凸轮32的转动下推动推杆33的移动以驱动转向机构4对前轮21方向的调整，实现了重力势能到小车转向的机械势能的转化。同时摩擦盘31和凸轮32结合可构成小车转向的周期调节结构，通过改变摩擦盘31与橡胶圈的接触位置，使得摩擦盘31与传动轴223之间具有不同的传动比，从而改变摩擦盘31及凸轮32的转动周期，使得小车行走轨迹的大小发生改变，以达到调节小车行走轨迹的目的。

所述弹性件35的设置，可实现推杆33的端部时刻与凸轮32相抵，使得推杆33可随凸轮32的转动进行移动，继而通过第一摆动杆41、第二摆动杆42及转向滑块43以改变与第二摆动杆42连接的前轮支架44的偏转方向，以达到调节前轮21偏转方向的目的。当凸轮32转动一周，在推杆33及转向机构4的带动下，小车的前轮21完成一次完整的转向，由于在重物231下落过程中，所述凸轮32可发生循环转动，因此小车前轮21的转向可具有多个休止期，确保前轮21的多次转向，以实现“双8”字轨迹的行走。

此外，当需要调整小车行走的“双8”字轨迹的形状时，可通过改变转向机构4中转向横块的端部在对应连接的摆动杆的滑动槽40中的位置，从而实现调节所述前轮21摆动幅度的目的，继而达到调节器轨迹的形状。

本发明在实现小车可沿“双8”字轨迹行走的基础上，可根据实际场地的需要，对小车的行走的轨迹的大小及形状进行调节，结构简单，调节方便，适用范围广泛。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无碳小车，其特征在于，包括车架及设于车架上的行走机构、传动机构和转向机构；所述行走机构包括与车架转动连接的前轮、设于车架两侧的后轮及用于驱动后轮转动的驱动组件；所述传动机构包括用于调节其传动周期的周期调节组件，并且所述传动机构连接所述后轮与所述转向机构，所述转向机构一端与所述传动机构连接，另一端与所述前轮连接，所述驱动组件通过驱动后轮转动以使传动机构驱动所述转向机构调节与其连接的前轮的偏转方向，且所述周期调节组件通过改变传动机构的传动周期以改变转向机构驱动前轮偏转的转向周期；

所述传动机构还包括与所述转向机构连接且沿靠近或远离所述转向机构移动的推杆及与所述后轮的转动轴连接以驱动推杆移动的动力件；

所述动力件包括与所述后轮的转动轴连接的凸轮，所述推杆远离转向机构的端部与凸轮的侧边相抵；

所述周期调节组件包括与凸轮同轴转动的摩擦盘及套设于转动轴上并与摩擦盘紧密相贴以驱动摩擦盘转动的柔性件，所述柔性件在转动轴上的位置可调。

2.根据权利要求1所述的无碳小车，其特征在于，所述推杆与所述车架靠近转动轴的一侧设有弹性件。

3.根据权利要求1所述的无碳小车，其特征在于，所述转向机构包括与推杆的端部连接的第一摆动杆、与所述前轮连接的第二摆动杆及用于连接第一摆动杆及第二摆动杆以构成连杆结构的转向滑块。

4.根据权利要求3所述的无碳小车，其特征在于，所述第一摆动杆及第二摆动杆与转向滑块连接的端部均设有供所述转向滑块滑动的滑槽，所述转向滑块的两端均可与对应的摆动杆相抵以确定其端部位置的定位件，所述转向滑块与所述第二摆动杆转动连接。

5.根据权利要求3所述的无碳小车，其特征在于，所述第二摆动杆与前轮连接的端部设有与其固定的前轮支架，所述前轮支架与所述车架转动连接，所述前轮转动设于所述前轮支架上。

6.根据权利要求1所述的无碳小车，其特征在于，所述后轮包括半径不同的主动轮和从动轮，所述主动轮的半径大于从动轮，所述驱动组件与所述主动轮的转动轴连接。

7.根据权利要求6所述的无碳小车，其特征在于，所述驱动组件包括平行于主动轮的转动轴设置且与转动轴连接的主动轴、从所述车架顶部做下落运动的重物及吊绳，所述吊绳一端与重物连接，另一端局部绕设于所述主动轴上。

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