CN207980419U - 由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车涉及机械能量应用领域，针对旧型的无碳小车存在较多的缺陷，其行进的过程中，行走距离较短，无法实现环形赛道行驶，且其行驶轨迹较为单一，容错率低，结构较为复杂的问题，采用包括车架、原动机构、驱动机构、转向机构有机结合，其中利用动滑轮增加行走距离，利用单片机、舵机和测距传感器实现避障转向的功能。本实用新型比普通越障无碳小车的行走距离长一倍，行走距离远，结构简单，方便拆装，便于调试，成本低，运行平稳，转向可靠，能量利用率高。

Description

由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车

技术领域

本实用新型涉及机械能量应用领域，特别涉及一种由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车。

背景技术

电控无碳小车是一种机电结合的新型无碳小车，其利用重力势能为唯一行驶能量、具有连续自动越障功能的三轮小车。其原理是将重锤提升至一定高度，并让其自行下落，系在重锤上的柔性线绳通过安装在滑轮座上的定滑轮改变拉力的方向，线绳的另一端缠绕在绕线轮上，再通过传动装置将运动传递到后轴，驱动后轮转动，从而完成小车的行驶动作；其转向机构利用红外线测距传感器采集相关信息经主控电路分析处理后，电力控制舵机转动前轮支架，从而驱动前轮实现转向。由于小车的行驶能量完全来自重锤产生的重力势能，重力势能作为唯一能量，无碳环保，且其转向机构的能量来自控制主控电路和控制舵机的电能，故将其命名为电控无碳小车。

旧型无碳小车包括车架和设置在车架上的驱动机构、传动机构、转向机构和换挡变距机构；驱动机构通过柔性线绳与传动机构连接，传动机构通过轴承座固定在车架上，并通过卷筒轴与转向机构连接，小车前轮采用单边支撑的方式，设有角度微调机构与转向机构刚性连接。转向机构包括位于后轮一端的调节座和位于前轮一端的水平调节块，调节座通过螺杆连接关节轴承并通过关节轴承连接水平调节块；调节座上有呈腰型的孔，在该孔中放入连接轴，通过调整连接轴在孔内的位置，来实现小车在行走过程中角度摆动幅度的调整；水平调节块可调节前轮的最大摆动角度，并起到微调小车运行周期的作用。小车行走过程中的转向及角度微调功能，主要通过调节座、螺杆和水平调节块来实现。换挡变距机构由相互啮合齿轮一和从动齿轮一、齿轮二和从动齿轮二而构成，通过不同的齿轮传动比来调节小车完成单周期 S 型路径行走的路程，从而实现小车大变距绕障的功能。

旧型的无碳小车存在较多的缺陷，其行进的过程中，行走距离较短，无法实现环形赛道行驶，且其行驶轨迹较为单一，容错率低，结构较为复杂，因而旧型无碳小车技术结构有待改进。

实用新型内容

为了克服已有技术结构的不足，提高行驶路程，可在环形赛道行驶且行驶过程容错率高，同时便于拆装和调试，本实用新型提供一种由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车，包括车架、原动机构、驱动机构、转向机构，所述车架包括底板、重锤支撑柱、后轮支架、前轮支架、前轮；所述原动机构包括重锤、第一细绳、第二细绳、定滑轮、动滑轮；所述驱动机构包括绕线轮、齿轮轴、主动轮、从动轮、后轴；

所述重锤支撑柱至少设置有两根，该重锤支撑柱一端与所述底板固定连接另一端设置有定滑轮；底板一端固定设置有后轮支架，后轮支架两侧分别固定有轴承，后轴穿设于轴承中并于后轴两端转动连接后轮；齿轮轴也通过轴承设置于后轮支架上且与所述后轴平行，齿轮轴上套设有主动轮、绕线轮，所述主动轮与从动轮转动连接，所述从动轮套设并固定在后轴上；前轮支架设置有前轮轴，前轮穿设在前轮轴上；

第一细绳12一端与重锤15连接，第一细绳12另一端与动滑轮连接；第二细绳绕过定滑轮且第二细绳一端与车架固定连接，另一端缠绕在所述绕线轮上；

所述转向机构包括单片机、测距传感器、升压模块、稳压模块、舵机；所述测距传感器至少包括3个，并分别设置在小车行进方向的底板的左、中、右处，中间的测距传感器与舵机连接，并能够随着舵机转向，3个测距传感器分别与单片机电连接，电源采用4节5号电池经过升压模块、稳压模块后供给舵机，于此同时再将升压后的电源降到5V后给单片机和测距传感器供电。

优选地，所述舵机为空心杯舵机。

优选地，所述舵机1和前轮支架18通过联轴器连接，并固定舵机起始读数为90°。

优选地，所述单片机为stm32系列单片机。

优选地，所述测距传感器为GP2D12红外线测距传感器。

优选地，所述前轮支架通过轴端顶套与前轮轴17连接。

优选地，所述后轮与后轴之间装有单向轴承，能够实现差速功能。

优选地，所述小车为对称结构，前轮设置在小车的轴对称线上，重锤支撑柱重心放置在底板对称线上，保证重锤能够平稳下落，小车整体重心较低，从而维持小车平稳运行。

优选地，所述主动轮与从动轮均为齿轮，其齿轮比为5:1。

本实用新型的原动机构由重力势能驱动，将重锤连接细绳通过定滑轮、动滑轮与齿轮轴相连，实现该小车理论行走距离比普通越障无碳小车的行走距离长一倍的目的；驱动机构包括传动精度高的传动装置即齿轮比为5：1的一对主齿轮与从动轮组成，原动机构产生的能量经传动装置、后轴驱动后轮从而驱动小车行驶；转向机构利用红外线感应装置采集信息，经主控电路分析处理并控制舵机转动实现转向。

本实用新型的有益效果包括：行走距离远，结构简单，方便拆装，便于调试，成本低，运行平稳，转向可靠，能量利用率高。

附图说明

图1为本实用新型的无碳小车示意图；

图2为未装配重锤支撑柱的小车示意图；

图3为电路程序控制流程图；

图4为控制电路原理图第一部分；

图5为控制电路原理图第二部分；

图中，各个标号分别表示：舵机1、测距传感器2、底板3、主动轮4、从动轮5、后轮支架6、后轴7、绕线轮8、齿轮轴9、后轮10、动滑轮11、第一细绳12、第二细绳120、定滑轮13、重锤支撑柱14、重锤15、前轮16、前轮轴17、前轮支架18。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的图1-5，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，一种由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车，包括车架、原动机构、驱动机构、转向机构，车架包括底板3、重锤支撑柱14、后轮支架6、前轮支架18、前轮16；原动机构包括重锤15、第一细绳12、第二细绳120、定滑轮13、动滑轮11；驱动机构包括绕线轮8、齿轮轴9、主动轮4、从动轮5、后轴7。

重锤支撑柱14至少设置有两根，该重锤支撑柱14一端与底板3固定连接另一端设置有定滑轮13；底板3一端固定设置有后轮支架6，后轮支架6两侧分别固定有轴承，后轴7穿设于轴承中并于后轴7两端转动连接后轮10；齿轮轴9也通过轴承设置于后轮支架6上且与后轴7平行，齿轮轴9上套设有主动轮4、绕线轮8，主动轮4与从动轮5转动连接，从动轮5套设并固定在后轴7上；前轮支架18设置有前轮轴17，前轮16穿设在前轮轴17上。

第一细绳12一端与重锤15连接，第一细绳12另一端与动滑轮11连接；第二细绳120绕过定滑轮13且第二细绳120一端与车架固定连接，另一端缠绕在绕线轮8上。

转向机构包括单片机、测距传感器2、升压模块、稳压模块、舵机1；测距传感器2至少包括3个，并分别设置在小车行进方向的底板3的左、中、右处，中间的测距传感器2与舵机1连接，并能够随着舵机1转向，3个测距传感器2分别与单片机电连接，电源采用4节5号电池经过升压模块、稳压模块后供给舵机1，于此同时再将升压后的电源降到5V后给单片机和测距传感器2供电。

具体地，三根重锤支撑柱14设置于底板3中间，与底板连接，支撑架顶部设置定滑轮13，改变重锤势能方向，并通过定滑轮13与传动机构相连；后轮支架6放置在底板3尾部，后轮支架6通过轴承、后轴7将两个后轮10连接，通过轴承、齿轮轴9将主动轮4固定，从动轮5固定于后轴7，绕线轮8固定于齿轮轴9，前轮支架18上通过轴端顶套连接前轮轴17，前轮16置于前轮轴17中间。

将细绳12与重锤15连接，重锤15下落即产生重力势能；定滑轮13的作用为改变重力势能方向；动滑轮11则起到提高理论行走距离的重要作用，其原理是动滑轮是动力臂等于2倍阻力臂的杠杆，第一细绳12一端连接重锤15，另一端连接动滑轮11，可视为阻力臂，然后再用第二细绳120的一端连接车架，绕经动滑轮11，另一端连接并绕在绕线轮8上，可视为动力臂，当重锤15下落a厘米，则细绳12则上升2a厘米，带动小车理论前行更长距离。

齿轮轴9上连接主动轮4，重力势能带动绕线轮8、齿轮轴9转动，从而带动主动轮4转动，主动轮4通过啮合传动驱动从动轮5转动，通过后轴7，从而驱动后轮10转动，进而带动小车行驶。

请参见图4和图5的电路图，三个GP2D12红外线测距传感器2分别放在小车底板3前端的左中右位置，并且中路传感器2会随着舵机1转动，便于实时监测，电源采用4节5号电池经过升压稳压给空心杯舵机1供电，再降到5V后给单片机和其他电子模块供电，最后稳压到3.3v给stm32供电使其能正常工作。将舵机1和前轮支架18通过联轴器连接，固定起始舵机1读数为90°，小车的程序设计流程图参见图3所示，使前轮16和舵机1连接的时候是垂直向前的，当红外线测距传感器2检测到数据后根据红外线测距传感器2反馈回来的数值进行舵机1的左右转判断。若小车靠近左墙距离较近，则红外线测距传感器2会反馈回一个数值，代表了左边墙与小车的距离，stm32单片机就会判断这个值，使舵机1往右转，同理，小车右边靠墙的时候也是一样，当前方有障碍物的时候，中路红外线测距传感器2会反馈一个数值，再根据左右传感器反馈数值，stm32单片机会判断出口的位置，并使舵机1转向后能让小车往出口方向走，避过障碍物，从而实现自动越障行驶的功能。

本实用新型的原动机构由重力势能驱动，将重锤连接细绳通过定滑轮、动滑轮与齿轮轴相连，实现该小车理论行走距离比普通越障无碳小车的行走距离长一倍的目的；驱动机构包括传动精度高的传动装置即齿轮比为5：1的一对主齿轮与从动轮组成，原动机构产生的能量经传动装置、后轴驱动后轮从而驱动小车行驶；转向机构利用红外线感应装置采集信息，经主控电路分析处理并控制舵机转动实现转向。

本实用新型的有益效果包括：行走距离远，结构简单，方便拆装，便于调试，成本低，运行平稳，转向可靠，能量利用率高。

Claims (9)

1.一种由重力势能提供动力的可自动越障的电控无碳小车，包括车架、原动机构、驱动机构、转向机构，其特征在于：

所述车架包括底板（3）、重锤支撑柱（14）、后轮支架（6）、前轮支架（18）、前轮（16）；所述原动机构包括重锤（15）、第一细绳（12）、第二细绳（120）、定滑轮（13）、动滑轮（11）；所述驱动机构包括绕线轮（8）、齿轮轴（9）、主动轮（4）、从动轮（5）、后轴（7）；

所述重锤支撑柱（14）至少设置有两根，该重锤支撑柱（14）一端与所述底板（3）固定连接另一端设置有定滑轮（13）；底板（3）一端固定设置有后轮支架（6），后轮支架（6）两侧分别固定有轴承，后轴（7）穿设于轴承中并于后轴（7）两端转动连接后轮（10）；齿轮轴（9）也通过轴承设置于后轮支架（6）上且与所述后轴（7）平行，齿轮轴（9）上套设有主动轮（4）、绕线轮（8），所述主动轮（4）与从动轮（5）转动连接，所述从动轮（5）套设并固定在后轴（7）上；前轮支架（18）设置有前轮轴（17），前轮（16）穿设在前轮轴（17）上；

第一细绳12一端与重锤15连接，第一细绳12另一端与动滑轮（11）连接；第二细绳（120）绕过定滑轮（13）且第二细绳（120）一端与车架固定连接，另一端缠绕在所述绕线轮（8）上；

所述转向机构包括单片机、测距传感器（2）、升压模块、稳压模块、舵机（1）；所述测距传感器（2）至少包括3个，并分别设置在小车行进方向的底板（3）的左、中、右处，中间的测距传感器（2）与舵机（1）连接，并能够随着舵机（1）转向，3个测距传感器（2）分别与单片机电连接，电源采用4节5号电池经过升压模块、稳压模块后供给舵机（1），于此同时再将升压后的电源降到5V后给单片机和测距传感器（2）供电。

2.根据权利要求1所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述舵机（1）为空心杯舵机。

3.根据权利要求2所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述舵机1和前轮支架18通过联轴器连接，并固定舵机（1）起始读数为90°。

4.根据权利要求1所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述单片机为stm32系列单片机。

5.根据权利要求1所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述测距传感器（2）为GP2D12红外线测距传感器。

6.根据权利要求1所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述前轮支架（18）通过轴端顶套与前轮轴17连接。

7.根据权利要求1所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述后轮（10）与后轴（7）之间装有单向轴承，能够实现差速功能。

8.根据权利要求1所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述小车为对称结构，前轮（16）设置在小车的轴对称线上，重锤支撑柱（14）重心放置在底板对称线上，保证重锤能够平稳下落，小车整体重心较低，从而维持小车平稳运行。

9.根据权利要求1所述的电控无碳小车，其特征在于：

所述主动轮（4）与从动轮（5）均为齿轮，其齿轮比为5:1。