CN206762267U - 一种自控行走越障小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种越障自行小车的设计及制造技术领域，具体涉及一种自主循迹避障绕过环形赛道上交错设置的障碍物的小车，包括能量转换机构、驱动机构、转向及制动机构和电控系统。所述的能量转换机构是重块在支撑架内，通过线牵引绕在绕线轴上。所述的驱动机构是通过两级齿轮传动将重块下落能量传递给驱动轴，后轮为单轮驱动。所述的转向和刹车机构是转向舵机控制前轮，刹车舵机的摆臂抱死摩擦轮刹车。所述的电控系统包括稳压和传感器接口的主控PCB、STM32单片机的系统板、红外测距传感器、编码器和程序算法。所述小车结构简单，传动件少，成本低廉；可以实现对不同赛道环境的良好识别，适应不同赛道障碍的变化。

Description

一种自控行走越障小车

技术领域

本实用新型涉及无碳小车车模的设计与制造领域，具体涉及一种重力势能驱动的自控行走越障小车。

背景技术

随着人们节能环保意识的提升，无碳理念更加深入人心，也越来越多的被人们当做研究的课题。无碳小车越障竞赛车模用于全国大学生工程训练综合能力竞赛，该竞赛目的在于深化实验教学改革，使学生将理论基础知识与工程实践有机结合，提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神。现有技术一般采用重力势能来驱动，完全由机械装置来驱使小车以固定的轨迹行走。新一届竞赛命题的改革增加了项目：小车应具有赛道障碍识别、轨迹判断及自动转向功能和制动功能.这些功能由机械或电控装置自动实现。

实用新型内容

本实用新型针对新的命题题目，提供一种结构简单，成本低廉，传动平稳，适用性强且能实现小车功能的设计方案。

本实用新型的设计方案如下：一种重力势能驱动的自控行走越障小车，包括车底板、车底板上面安装的能量转换装置、驱动装置、转向装置、电控系统以及制动装置。

能量转换装置包括固定在车底板前面的砝码支撑架、安装在支撑架顶部的定滑轮以及安装滑轮的支撑架；具体操作是一定重量的砝码悬挂在支撑架内，具有足够强度的细线一端连接砝码，然后绕过定滑轮，绕在绕线轴上。

驱动装置包括绕线轴、传动轴和驱动轴及两级齿轮传动；绕线轴左端安装一锥形绕线轮；绕线轴右端安装的大齿轮一与传动轴右端的小齿轮一啮合为第一级齿轮传动，传动轴左端的大齿轮二与驱动轴左端的小齿轮二啮合为第二级齿轮传动；行进轮为单轮驱动，左行进轮紧固在驱动轴左端，右行进轮通过轴承与驱动轴右端配合安装。

转向装置包括转向轮、转向轮支架、回转轴、法兰、MG90S小舵机以及舵机支架，转向轮支架与法兰、法兰与舵机通过回转轴配合连接。

电控系统由Cotrex-M3系列单片机STM32F103C8T6作为主控芯片，配合主控板、红外传感器、编码器以及伺服舵机，完成对行驶环境的检测，从而达到自主循迹避障行驶。

制动装置包括摩擦轮、MG90S小舵机以及舵机支架、编码器以及编码器支架。

上述绕线轴通过第一轴承支架安装在车底板上；传动轴和驱动轴通过第二轴承支架安装在车底板上。

上述的砝码支撑架包括三根中空管作为导向杆，按等距圆周排布，中间恰好通过Φ50mm的砝码。

本实用新型通过上述技术方案，存在如下效果：所述的一种越障自行小车，其砝码可在高度为400±2mm处下落，此重力势能转换成小车行走过程中所有动作所需的能量。调整小车的最佳发车位置，小车在前行时能够感知环境自动绕过赛道上设置的障碍物。赛道障碍物是交叉放置的挡板，小车的避障及循迹由主控系统控制，4节AA号干电池供电保证系统的正常运行。该小车行驶平稳，适应性强且行驶距离较远。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明

图1为本实用新型整体预览图。

图2为本实用新型转向以及制动结构。

图3为本实用新型电路原理框图。

图中所示：1-砝码支撑架一；2-滑轮架；3-滑轮；4-砝码；5-砝码支撑杆；6、12-行进轮、7-行进轮轴套；8-定位轴套；9-小齿轮二；10-大齿轮二；11-传动轴一；13-第二轴承支架；14-第一轴承支架；15-小车底板；16-电池盒；17-红外传感器；18-支撑架二；19-舵机支架；20-铜柱；21-主控板；22-核心板；23-编码器；24、27-编码器齿轮一；25-编码器齿轮二；26-小齿轮一；27-大齿轮一；28-舵机1；29-法兰一；30-法兰二；31-回转轴；32-转向轮；33-转向轮支架；34-绕线轮；35-主动轴；36-摩擦轮；37-传动轴二；38-舵机2。

具体实施方式

以下结合附图所示作进一步详述

图1图2中所述的一种重力势能驱动的自控行走越障小车，包括车底板15、车底板上面安装的能量转换装置、驱动装置、转向装置、电控系统以及制动装置。能量转换装置包括固定在车底板前面的砝码支撑架1、安装在支撑架顶部的定滑轮3以及安装滑轮的支撑架2；具体操作是一定重量的砝码悬挂在支撑架内，具有足够强度的细线一端连接砝码4，然后绕过定滑轮3，绕在绕线轮34上，由此将能量传递到主动轴上。

驱动装置包括绕线轮34、传动轴11、37和主动轴35及两级齿轮传动；主动 轴35左端安装一锥形绕线轮34；主动轴35左端安装的大齿轮一27与传动轴一11左端的小齿轮一26啮合为第一级齿轮传动，传动轴一11右端的大齿轮二10与传动轴二37右端的小齿轮二9啮合为第二级齿轮传动；行进轮6、12为单轮驱动，左行进轮6紧固在传动轴二37左端，右行进轮12通过轴承与传动轴二37右端配合安装。

转向装置包括转向轮32、转向轮支架33、回转轴31、法兰29和30、MG90S小舵机28以及舵机支架19，转向轮支架33与法兰二30、法兰一29与舵机28通过回转轴31配合连接。

电控系统由Cotrex-M3系列单片机STM32F103C8T6作为主控芯片22，配合主控板21、红外传感器17、编码器23以及伺服舵机1，完成对行驶环境的检测，从而达到自主循迹避障行驶。

制动装置包括摩擦轮36、MG90S小舵机2、编码器23。制动过程为摩擦制动，通过舵机摆臂上的摩擦物与摩擦轮36间的摩擦力来实现一定的减速。

所述的主动轴35和传动轴二37通过第一轴承支架14安装在车底板15上；传动轴一11通过第二轴承支架13安装在车底板15上。

所述的回转轴31通过法兰二30和轴承垂直安装在车底板15前端。

所述的砝码支撑杆包括三根中空管作为导向杆，按等边三角形布置，中间恰好通过Φ50mm的砝码4。

所述的一种越障自行小车，通过具有足够强度的细线将绕线轴与砝码相连，砝码在下落过程中，拉动细线，带动绕线轴转动，为了增大启动力矩，绕线轴上安装有一锥形绕线轮。通过两级齿轮传动将能量传递给后轮轴，从而带动后轮转动，达到驱动行驶目的。前轮与舵机相连，通过红外传感器探测小车距离障碍物挡板的距离，采集的数据经过主控系统处理后驱动舵机进行精准转弯避过路障。该车后轮设计成驱动轮，为单轮驱动，能量损耗较小；前轮设计成转向轮。所述的砝码支撑有效杆限制了砝码在小车在行进中的摆动，提高了小车的平衡性。所述的车底板由于所承载的负荷比较小，因此选用厚度为2mm的硬铝板料，并制作成折弯式，以提高强度；通过缩小车底板到地面的距离来降低整车的重心，所述小车底板距离地面8mm，达到良好的动态平衡。所述的小车装有刹车系统，通过与从动轴一连接的齿轮将小车后轮的转速传递给编码器，主控系统根据编码器反馈的数据计算车速，车速较快时主控系统控制刹车舵机进行制动，提高了整车运行的稳定性。

Claims (2)

1.一种越障自行小车，包括车底板，其特征是所述的车底板上设置的能量转换机构、驱动机构、转向机构、制动机构和电控系统，所述的能量转换机构包括紧固在车底板前端的砝码支撑架、安装在支撑架顶部的定滑轮，砝码悬挂在支撑架内，具有足够强度的细线一端连接砝码，然后绕过定滑轮，绕在绕线轴上；所述的驱动机构包括绕线轴、传动轴和驱动轴及两级齿轮传动，绕线轴左端安装一锥形绕线轮，绕线轴右端安装的大齿轮一与传动轴右端的小齿轮一啮合为第一级齿轮传动，传动轴左端的大齿轮二与驱动轴左端的小齿轮二啮合为第二级齿轮传动，后轮为单轮驱动，左后轮紧固在驱动轴左端，右后轮通过轴承与驱动轴右端配合安装；所述的转向机构包括舵机和与舵机相连接的前轮支架，前轮安装在前轮支架上；所述的制动机构包括舵机和摩擦轮，舵机摆臂与摩擦轮抱死刹车；所述的电控系统包括稳压和驱动的PCB、STM32F103C8T6单片机最小系统板、红外测距传感器和编码器。

2.根据权利要求1所述的一种越障自行小车，其特征是：所述的电控系统由STM32单片机开启红外测距传感器和编码器采集数据，红外测距传感器和编码器所采集的数据反馈给单片机，单片机控制转向舵机和刹车舵机。