环形S轨迹无碳小车
技术领域
本实用新型涉及无碳小车领域，尤其涉及一种环形S轨迹无碳小车。
背景技术
重力势能无碳小车是以重力势能为唯一能量、具有连续避障功能的后轮驱动三轮小车，近年来已经作为大学生科技创新竞赛的指定题目，题目通常为要求给定一重力势能，根据能量转换原理，自主设计并制作一台有方向控制功能的自行势能驱动的无碳势能驱动车。该给定重力势能由统一提供的质量为1千克的标准砝码来获得。标准砝码始终由势能驱动车承载，不允许从势能驱动车上掉落。环形S型轨迹无碳小车运动轨迹的精确性主要取决于转向机构，如果在小车运动过程中轨迹精度的保持性较差，误差就会随着运动过程越来越大。
现有的无碳小车在行走过程中其轨迹一般都是沿着单个8字形状轨迹、双8字形状轨迹、直线S轨迹、或者环形S轨迹，通常采用正弦转向机构，但有些结构复杂，加工困难，相应的成本也比较高；有些调节精度不是很高，不能到达满足周期和振幅的要求；有些机构比较笨重，不仅增加了小车的本身质量，在运动过程中还增加了能量的损耗，使其不能完成比赛。
现有的无碳小车多采用钢材、塑料等材质，无碳小车行走时与地面之间的摩擦力很大，因而小车无法行走很远，在竞赛时也不能通过很多个障碍物。
转向机构是无碳小车实现预期轨迹运行的关键组件，现有的无碳小车其转向机构主要有曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、槽轮机构等，转向机构是小车结构中最重要的部分，转向机构设计的优劣决定了小车是否能完成避障从而实现完整路线的行走。
目前尚缺乏一种结构简单、运动准确性高、可得到预期环形S轨迹的无碳小车。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种环形S轨迹无碳小车，其结构简单、运动链短、结构紧凑且运动准确性高。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种环形S轨迹无碳小车，包括一底板、一主动轮、一从动轮、一导向轮、一动力机构、一传动机构和一转向机构；所述动力机构连接所述底板和所述主动轮并通过所述传动机构与所述转向机构传动连接；所述转向机构连接所述导向轮；所述从动轮与所述底板枢接；所述转向机构包括一异形凸轮、一滑杆、一滑块、一导轨、一拔叉、一导向轮支架和一导向轮支座；所述异形凸轮与所述传动机构传动连接，所述异形凸轮的内壁外侧形成一导向凹槽；所述滑杆的第一端形成一凸头，所述凸头可沿所述导向凹槽滑动地插设于所述导向凹槽内；所述滑杆的第二端连接所述滑块，所述滑杆的中部形成连接通槽；所述导轨和所述导向轮支架固定于所述底板；所述滑块可沿所述导轨滑动地架设于所述导轨上；所述导向轮通过所述导向轮支座与所述导向轮支架枢接并固定连接所述拔叉的第一端；所述拔叉的第二端形成一叉槽，所述滑杆部分插设于所述叉槽内；所述拔叉的第二端部分插设于所述连接通槽内。
优选地，所述动力机构包括一砝码、一砝码支架、至少一砝码支架滑轮、一线绳和一绕线轴；所述砝码支架固定于所述底板，所述线绳架设于所述砝码支架滑轮上，且所述线绳的第一端连接所述砝码，所述线绳的第二端缠绕于所述绕线轴上；所述绕线轴安装于第一支架，所述绕线轴的第一端与所述主动轮周向固定，所述绕线轴的第二端与所述第一支架枢接。
优选地，所述砝码的重心与所述环形S轨迹无碳小车的质心在同一直线上。
优选地，所述传动机构包括一第一主动齿轮、一第一从动齿轮、一变速轴、一第二主动齿轮、一第二从动齿轮和一转向轴；所述第一主动齿轮穿设固定于绕线轴；所述变速轴安装于第二支架，所述变速轴的第一端连接所述第一从动齿轮，所述第一从动齿轮与所述第一主动齿轮啮合，所述变速轴的第二端连接所述第二主动齿轮；所述转向轴安装于第三支架，所述转向轴的第一端与所述第三支架枢接，所述转向轴的第二端连接所述第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与所述第二主动齿轮啮合；所述异形凸轮穿设于所述转向轴上并与所述转向轴周向和轴向固定。
优选地，所述第一从动齿轮与所述第一主动齿轮的传动比为1:4；所述第二从动齿轮与所述第二主动齿轮的传动比为1:4。
本实用新型由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
转向机构通过异形凸轮、滑杆和拔叉的配合可实现对导向轮转向的控制；且其结构简单、运动链短、结构紧凑且运动准确性高。动力机构用于为小车提供动力。
附图说明
图1为本实用新型实施例的环形S轨迹无碳小车的第一方向的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的环形S轨迹无碳小车的第二方向的结构示意图；
图3为本实用新型实施例的滑杆的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图1～3，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。
请参阅图1～图3，本实用新型实施例的一种环形S轨迹无碳小车，包括一底板1、一主动轮2、一从动轮3、一导向轮7、一动力机构4、一传动机构5和一转向机构6；动力机构4连接底板1和主动轮2并通过传动机构5与转向机构6传动连接；转向机构6连接导向轮7；从动轮3与底板1枢接；转向机构6包括一异形凸轮61、一滑杆62、一滑块63、一导轨64、一拔叉65、一导向轮支架66和一导向轮支座67；异形凸轮61与传动机构5传动连接，异形凸轮61的内壁外侧形成一导向凹槽611；滑杆62的第一端形成一凸头622，凸头622可沿导向凹槽611滑动地插设于导向凹槽611内；滑杆62的第二端连接滑块63，滑杆62的中部形成连接通槽621；导轨64和导向轮支架66固定于底板1；滑块63可沿导轨64滑动地架设于导轨64上；导向轮7通过导向轮支座67与导向轮支架66枢接并固定连接拔叉65的第一端；拔叉65的第二端形成一叉槽651，滑杆62部分插设于叉槽651内；拔叉65的第二端部分插设于连接通槽621内。
动力机构4包括一砝码41、一砝码支架42、至少一砝码支架滑轮43、一线绳44和一绕线轴45；砝码支架42固定于底板1，线绳44架设于砝码支架滑轮43上，且线绳44的第一端连接砝码41，线绳44的第二端缠绕于绕线轴45上；绕线轴45安装于第一支架11，绕线轴45的第一端与主动轮2周向固定，绕线轴45的第二端与第一支架11枢接。
砝码41的重心与环形S轨迹无碳小车的质心在同一直线上。
本实施例中，传动机构5包括一第一主动齿轮51、一第一从动齿轮52、一变速轴53、一第二主动齿轮54、一第二从动齿轮55和一转向轴56；第一主动齿轮51穿设固定于绕线轴45；变速轴53安装于第二支架12，变速轴53的第一端连接第一从动齿轮52，第一从动齿轮52与第一主动齿轮51啮合，变速轴53的第二端连接第二主动齿轮54；转向轴56安装于第三支架13，转向轴56的第一端与第三支架13枢接，转向轴56的第二端连接第二从动齿轮55，第二从动齿轮55与第二主动齿轮54啮合；异形凸轮61穿设于转向轴56上并与转向轴56周向和轴向固定。
第一从动齿轮52与第一主动齿轮51的传动比为1:4；第二从动齿轮55与第二主动齿轮54的传动比为1:4；总传动比为1:16。
底板1、主动轮2和从动轮3的材质为有机玻璃，具有足够的强度，质量轻。底板1用于为传动机构5、转向机构6、动力机构4提供支撑、固定、连结的作用。
本实用新型实施例的一种环形S轨迹无碳小车，主动轮2推动小车前进；从动轮3跟随运动；导向轮7负责导向；动力由砝码41的重力势能获得。机构简单，拆卸方便。以异形凸轮61作为转向机构6的核心，负责改变整个小车的行进轨迹。具体的，滑杆62上的凸头622插设于导向凹槽611内，随着异形凸轮61的转动，滑杆62的凸头622沿着导向凹槽611滑动，同时滑杆62的凸头622带动滑杆62和滑块63沿着导轨64前后移动，滑杆62带动拨叉65围绕导向轮支座67与导向轮支架66枢接的转轴左右转向，进而实现整车转向的目的。
本实用新型实施例的一种环形S轨迹无碳小车，绕线轴45、变速轴53、转向轴56分别通过轴承与各自的支架连接，减小摩擦，转速稳定。转向轴56与异形凸轮61通过键连接周向固定，异形凸轮61通过转向轴56轴肩和螺母轴向固定，第一主动齿轮51与绕线轴45通过螺钉轴向周向固定连接。砝码41重心通过整个小车的质心，其下落过程中被限制在砝码支架42内，当砝码41下落时，通过线绳44带动第一主动齿轮51和绕线轴45转动，绕线轴45转动带动主动轮2前进，与绕线轴45固连的第一主动齿轮51带动第一从动齿轮52转动，第一从动齿轮52带动变速轴53转动，变速轴53带动第二主动齿轮54转动，第二主动齿轮54带动第二从动齿轮55转动，第二从动齿轮55带动转向轴56转动，转向轴56带动异形凸轮61转动，异形凸轮61采用带导向凹槽611的结构，将滑杆62上的凸头622插入导向凹槽611，随着异形凸轮61的转动，异形凸轮61上不断变化的半径，使得滑杆62的凸头622沿着导向凹槽611滑动，滑杆62的凸头622带动滑杆62和滑块63沿着导轨64前后移动，滑杆62带动拨叉65围绕导向轮支座67与导向轮支架66枢接的转轴左右转向，进而实现整车转向的目的，走出预设轨迹。
以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
