[发明专利]一种根据限制条件设计纯机械小车凸轮的方法

说明书

本发明适用于无碳小车领域，提供了一种根据限制条件设计纯机械小车凸轮的方法，主要包括如下步骤：根据小车物理尺寸和限制条件，确定一系列节点，设计一条曲线；将设计的曲线离散化，根据转向原理计算出转向轮在运动过程中摆角大小；基于凸轮整个转动周期中转向轮摆角大小，由传动关系计算得出凸轮廓线。本发明提供了一种适合使用计算机简化计算的，迭代速度快的，通用性强的根据限制条件设计小车凸轮的方法。使用本发明提出的方法，极大地缩短了设计小车凸轮需要的时间；本方法的计算流程严谨，很容易在计算机上使用软件进行自动计算，大大加快了迭代速度，可以节省大量时间；适用性强，针对不同物理结构的小车，仅需要更改相关公式，即可使用本方法。

技术领域

本发明适用于无碳小车领域，提供了一种根据限制条件设计纯机械小车凸轮的方法。

背景技术

无碳小车是一种纯粹以砝码的重力势能作为全部能量来源的竞赛类机械，其要求是：设计完全由重力势能驱动的具有方向控制功能的自运行小车，小车需要在规定的场地内根据规则避开障碍物。随着规则的发展，目前无碳小车的赛道规则越来越灵活，小车的轨迹越来越复杂。所以目前大部分的竞赛类无碳小车都选择使用凸轮来控制小车的转向机构，以实现小车的一系列复杂轨迹。但是现在很多小车的凸轮设计，主要依靠人工拼凑简单函数，这种方法流程较为复杂，通用性不强，不容易使用计算机简化计算，迭代效率低下，且无法保证两段函数的光滑过渡。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合使用计算机简化计算的，迭代速度快的，通用性强的根据限制条件设计纯机械小车凸轮的方法。本发明包括如下技术方案：

S1、根据小车物理尺寸和限制条件，确定一系列节点，设计一条曲线；

S2、将设计的曲线离散化，由转向原理计算出转向轮在运动过程中摆角大小；

S3、基于凸轮整个转动周期中转向轮摆角大小，根据传动关系计算得出凸轮廓线。

进一步地，所述步骤S1中的小车由传动机构，转向机构，车架，转向轮，主动轮和从动轮构成。所述的传动机构，其特征在于：所述传动机构受砝码驱动，带动输出轴转动，将砝码的重力势能转化为小车的动能。所述的转向机构，其特征在于：所述转向机构由输入轴、凸轮、推杆组件、摆杆和输出轴构成。

进一步地，所述输入轴受砝码驱动；所述凸轮固定在所述输入轴的轴端，跟随所述输入轴转动；所述推杆组件的一端为平面推杆，与所述摆杆相接触，另一端为球形顶针与所述凸轮的廓线表面接触，所述推杆组件由所述凸轮推动，跟随廓线表面做直线往复运动；所述输出轴的一端与所述转向轮连接，另一端固定所述摆杆，其中部固定有扭簧，使所述输出轴可以自动回正；所述摆杆与所述平面推杆相接触，由所述平面推杆的直线运动驱动所述摆杆转动。

进一步地，所述的小车，其特征在于：所述主动轮的轴线和所述从动轮的轴线的投影重合；所述转向机构输出轴轴线与所述转向轮轴线存在交点，所述交点与所述主动轮的轴线的距离为L。

进一步地，所述步骤S1中一系列节点的确定方法包括：

首先，根据限制条件确定场地的大小以及障碍物的位置，得到所述小车的允许活动区域；

根据所述小车的物理尺寸得到所述小车的平面投影，取所述小车主动轮和地面接触点作为车体坐标系的原点；

根据限制条件确定轨迹的周期数，具体优化要求是实现单周期中小车行驶距离尽量小；将平面投影放置在所述无碳小车必须经过的重要位置，确定此处所述小车的位置姿态，且保证平面投影没有超出小车的单周期允许活动区域，每个平面投影中小车的车体坐标系原点的对应位置就是所述一系列节点。

进一步地，所述步骤S1中设计一条曲线的方法包括：