8字形赛道无碳小
8字路径小车设计方案
8字路径行进以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车设计方案一、设计要求1.车身要求设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。
该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。
标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。
图1.1为小车示意图。
图1.1 无碳小车示意图要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。
要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。
要求小车为三轮结构。
其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，允许二行进轮中的一个轮为从动轮。
具体设计、材料选用及加工制作均由学生自主完成。
2. “8”字型赛道避障行驶竞赛要求竞赛场地在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，有3个障碍成“L”形放置，“L”形的长边在球台的中线上，（放置球台时“L”形的长边平行主看台方向，短边垂直且远离主看台），经现场公开抽签，在400～500mm范围内产生“L”形的长边值，在300±50mm范围内产生“L”形的短边值。
小车需绕中线上的两个障碍物按“8”字型轨迹运行，障碍物为直径20mm、长200mm的3个圆棒，圆棒中心分别放置在“L”形的3个端点上，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩。
图1.2 “8”字型赛道竞赛所用乒乓球台及障碍设置图二、设计思路通过对大赛要求的仔细分析，我们分析得出：小车主要有驱动和转向两个功能。
相应的，我们需要设计一个驱动机构能将重物下落的重力势能高效地转化为小车前进的动能；对于转向机构有三个特殊要求：1.需要实现在一个周期内的自动转向，不能有电路控制或者人为的控制。
2.每个周期转向的范围和幅度要保持固定，实现周期性的转向，精确的轨迹控制。
“8”字循迹无碳小车结构创新设计
“8”字循迹无碳小车结构创新设计1 设计思路根据“8”字形路线小车的运动特点，小车转向轮应在一定角左右周期性摆动，根据这一原理我们采用凸轮的形式来实现这一周期性定角摆动，且选择与之相应后轮传动比来满足要求；车架我们采用方形版结构，考虑到节约加工成本，底板重量等因素，我们和加工中心进行联系，使用铝合金材料，采用较为方便的激光切割进行加工；齿轮齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大的优点，因此传动方式我们采用齿轮和动滑轮相结合；考虑到小车在运动过程中后轮会产生一定的差速，对于差速的处理，本设计采用单轮驱动。
由于驱动轮越大，滚阻系数越小，行走距离远，因此选择较大的轮驱动车体。
2 特色创新结构设计说明我们对无碳小车进行结构设计，要保证小车能稳定的进行8字行走，我们要保证各机构设计精确可靠，由于采用凸轮结构实现转向功能，则对凸轮形状的设计必须考虑周全。
另外微调机构在保证平稳前行过程中也起到极为关键的作用。
考虑到加工难度及成本，设计了单轮驱动。
栓线处为梯形原动轮。
起始时，原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。
其次，起动后，原动轮的半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后作匀速运动。
原动轮的半径变小，使总转速比提高。
下面主要对小车凸轮设计以及微调机构设计进行说明。
2.1 凸轮设计首先我们根据小车行走的8字轨迹形状进行凸轮的理论形状设计，如图1所示，考虑到实际加工出来的凸轮有一定的厚度，必将导致用理论形状加工出来的凸轮形状所走出来的轨迹与实际轨迹存在误差，我们通过分析，将加工出来的凸轮形状作为初步大致凸轮，然后采用调试掌握相关规律，将因凸轮厚度引起的误差采用手动磨削的方式减小到最小，反复实验，最后得到滿意的凸轮形状。
2.2 微调机构设计由于前面确定了转向采用凸轮机构换向方案，为了提高准确度，适应性，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。
微调机构可以采用下面两种方式（1）凸轮轴向可移动一微小位移，从而调整凸轮与推杆接触点的位置，来调节八字大小，如图2为本文所设计凸轮微调装置。
“8”字形无碳小车设计
8字形无碳小车设计项目介绍本项目是基于机械设计的课程要求而进行的设计，需要设计出一款8字形无碳小车。
该小车不仅要满足在直线上的移动，还需要具备在转弯时具备稳定性和灵活性的特性，以便在不同场合下进行应用。
设计思路总体设计在进行设计之前，我们首先确定了该小车需要满足的基本要求：8字形的结构和无碳的材质。
在此基础上，我们确定了该小车采用两个轮子，每个轮子由两个电机驱动，采用倒立式机械结构。
图1：8字形无碳小车示意图电机选型在选择电机时，我们考虑到需要一定的扭矩和转速。
我们最终选择了两款表现比较出色的电机，分别为Mabuchi RS-775WC-9517直流电机和小日本FC-280SC-20150直流电机。
这两种电机在理论测试过程中都表现出了良好的性能。
机械结构在进行机械结构方面的设计时，我们首先采用了3D建模软件绘制出了图纸。
为了增加小车的稳定性，轮子的轴距被加长，同时在两个轮子之间加了一根横杆和一个弯曲部件，以便于小车在8字形轨迹的转换时更加平稳。
图2：机械设计图控制系统在控制系统方面，我们采用了基于Arduino的控制器，并通过PID控制算法实现轮子转速的控制。
由于该小车需要进行方向控制，所以我们还加入了一个陀螺仪模块，用于感知小车的方向。
实际制作材料准备在进行实际制作之前，我们需要准备一些材料。
主要包括：电机、电池、轮胎、木板、3D打印件等。
制作过程制作过程分为三个步骤：机械部件制作、电路制作、程序编写。
1.机械部件制作我们首先按照之前的机械设计图进行部件制作，包括：底盘、支架、轮子等。
2.电路制作电路制作主要包括将电池、控制器、电机、陀螺仪等部件进行连接。
连接的过程需要注意电路接线的正确性。
3.程序编写我们编写的程序需要完成小车的运行控制、方向控制、转速控制等功能。
在编写的过程中，我们采用了PID控制算法和蓝牙控制模块，以方便我们在实验过程中及时进行数据的传输和控制。
实验结果我们通过在8字形轨迹上进行测试，将小车的运行时间、速度、稳定性等各项指标进行了测量。
“8”字形轨迹无碳小车结构设计浅析
“8”字形轨迹无碳小车结构设计浅析摘要：本文主要研究无碳小车的结构设计，通过对小车的轨迹特征分析，提出了一种新的“8”字形轨迹结构设计方案。
该方案采用双轮驱动和独立转向模式，可以实现高效的移动和精确的控制。
文章对设计原理、材料选择以及部件的制造和安装等方面进行了详细阐述，并通过实验验证了该结构的可行性和应用性。
该研究对于推动无碳交通和智能机器人技术的发展具有一定的意义和价值。
关键词：无碳小车，结构设计，8字形轨迹，双轮驱动，独立转向，可行性研究正文：无碳交通已成为全球环境保护和可持续发展的重要议题，无碳小车作为其中的一种重要形式，其结构设计是其性能和效率的核心所在。
目前市面上的无碳小车结构种类很多，但是大部分都存在一些不足，比如转向不精准、移动效率低下等问题。
本研究旨在提出一种新的“8”字形轨迹结构设计方案，解决现有结构存在的问题。
该方案采用双轮驱动和独立转向模式，在不同的工作状态下，通过单独控制左右轮的运动实现小车的移动和方向控制。
在此基础上，通过对小车的轨迹特征分析，提出了一种基于“8”字形轨迹的结构设计方案。
具体来说，该方案将小车的前半部分和后半部分各自固定一个翼形结构，两个翼形通过中心轴线相交，以此实现小车在“8”字形轨迹上运动。
为了达到理想的性能和效率，文章对设计原理、材料选择以及部件的制造和安装等方面进行了详细阐述。
例如，在结构设计方面，要保证翼形结构对称、刚度足够，以及合理分布重心等；在材料选择方面，要选用轻量化、高强度的材料；在制造和安装方面，要精确制作和安装每个部件，减少摩擦和滑动等不必要的力。
文章还详细介绍了实验验证的过程和结果，证明了该结构设计方案的可行性和应用性。
综上所述，本研究提出了一种新的“8”字形轨迹无碳小车结构设计方案，该方案采用双轮驱动和独立转向模式，通过实验验证证明了其性能和效率较高，可以为无碳交通和智能机器人技术的发展提供一定的借鉴和参考。
随着社会和经济的发展，无碳交通成为必不可少的选择。
1八字形无碳小车设计
1八字形无碳小车设计第二届黑龙江省大学生工程训练综合能力竞赛命题及规则[修正]1.本届竞赛主题：本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。
每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。
2.竞赛命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来的。
给定重力势能为4焦耳（取g=10m/2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50某65mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。
图1为小车示意图。
要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。
要求小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。
3.竞赛项目I：竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。
障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。
以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。
见图2。
3.1本校制作参赛学生以小组为单位，按照竞赛命题的要求，在各自所在的学校内，自主设计，独立制作出参赛小车。
3.2集中参赛参赛队携带在本校制作完成并调试好的小车作品和关于作品的结构设计方案、工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案等4份报告（纸质版+电子版）参加竞赛。
报告按竞赛秘书处发布的统一格式编写。
3.3报告的评分（1）结构设计报告评分（7.5分）完整性要求：小车装配图1幅（A4纸1页），设计说明书1-2页（A4）；正确性要求：传动原理与机构设计正确，选材和工艺合理；创新性要求：有独立见解及创新设计思想；规范性要求：图纸表达完整，标注正确；文字描述准确、清晰。
“8”字无碳小车
难点：问题不是你专业知识学好没，问题是你有没有创新性和应用知识的能力。
1.3 小车的设计方法
Q
怎样提高小车设计效率和小车性能？
通过对组委会命题的分析，经过讨论得到了比较明确的设计思路。作品的 设计要求有系统性、规范性和创新性。 设计方法是设计提高小车性能的关键，除采用高精度的零件以外，还需要 有合理的设计方法，这方面本设计借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计、 并行设计等现代的科学设计方法，并结合AutoCAD、Pro-E等软件进行辅助设 计。
Q
传动机构的设计应满足什么要求？
传动机构，有三个基本的要求。 1.不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此 种方式效率最高、结构最简单。在不考虑其它条件时这是最优的方式。 2.带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但其效 率及传动精度并不高。不适合本小车设计。 3.齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。 因此在第一种方式不能够满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。
2.5 微调机构的设计
Qቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
为什么设计微调机构？
微调机构的设计原因： 1.由于曲柄连杆机构对于加工误差和装配误差很敏感，因此就必须加上 微调机构，对误差进行修正。 2 .为了调整无碳小车的轨迹（幅值，周期，方向等），只有这样才能够 使小车在运行时能够行走出一条最优的轨迹。 3.无碳小车需要绕过不同距离的障碍物。这就需要我们通过改变曲柄的 长度来改变小车的路线。
难点：机构简单，效率高。
原动机构——能量转化机构的设计
方案比较： 能够实现这种转化的方案有很多种，如绳轮式、弹簧储能式、链轮式、齿 轮齿条式等方式，而从效率以及简洁性来考虑，绳轮配合的方式最优。
“8”型路线无碳小车的设计(全套图纸)
摘要煤炭是大自然给予人类的一笔宝贵财富，可是由于人们对煤炭的巨大需求，煤炭资源日趋减少近于枯竭。
随着人们节能环保意识的提升，无碳理念也越来越被人们提上研究的课题。
更洁净，更环保，更节能，更高效的理念也深入人心。
本小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬，小车构思巧妙，在完成设计的要求下充分考虑了外观和成本等问题，方便以后的扩展和进一步的开发。
“无碳小车”系第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题，目前实验阶段已经完成。
小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。
方案设计阶段根据小车功能要求根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。
技术设计阶段采用了PROE等软件进行辅助设计。
小车大多是零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。
调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。
关键词：无碳小车；方案设计；模块化设计；8型路线AbstractCoal is a valuable wealth of human nature, but because of the huge demand for coal and meager coal resources dwindling. As enhance awareness of energy saving and environmental protection, zero-carbon concept is increasingly being put on the research project. Cleaner, more environmentally friendly, more energy, more efficient idea is taking hold.Issue, later expanded and further developed. "Zero-carbon cars" of the second national students ' comprehensive ability of engineering training race in thesis theme, the current experimental phase has been completed.Car design is divided into three phases: design, technical design, making debugging. Programme design stage based on the car features under the machine's composition (original mechanism, actuator, actuator, control section, Assistant section) original car into the frame, body, transmission, steering agencies, travel agencies, fine-tune the bodies of six modules, modular design. Technical design stage using PROE software for aided design. Car most parts are standard parts, you can purchase, while some require high processing precision parts require special processing, most are available through the manual process. Debugging changes by way of fine tuning parameters of the car testing, experimental validation on the basis of the car in motion at the same time determine the optimal parameters for car.Key words:Carbon-free cares; design; modular design;8-courses目录摘要............................................................................................................... 错误!未定义书签。
无碳小车八字绕行课件
在八字绕行的过程中，需要在适当的时候加速或减速，以适应赛道的变化。同时还需要注意控制小车的速度，以 避免在转弯时出现速度过快导致失控的情况。
CHAPTER 04
无碳小车八字绕行的优化策略
优化路径规划的方法
01
02
03
优化路径规划算法
采用更高效的路径规划算 法，如遗传算法、蚁群算 法等，以寻找最优的路径 。
调整小车的悬挂系统和车轮位置，确保小车在运动过程中保持平衡。
实验方法与步骤
步骤二：实验操作 将电源连接到无碳小车，确保小车的电机正常工作。
将测量工具放置在起点和终点之间，测量小车行驶的距离和时间。
实验方法与步骤
01
02
03
04
操作小车完成八字绕行，注意 观察小车的运动轨迹和速度变
化。
步骤三：数据记录与处理
实践教育
通过设计和制作无碳小车，可以培 养学生的实践能力和创新思维，提 高对物理原理的认识和理解。
无碳小车八字绕行的历史与发展
历史
无碳小车八字绕行的历史可以追溯到20世纪初期，当 时一些物理学家和工程师开始探索利用物理效应驱动 的小车设计。随着技术的不断发展，无碳小车八字绕 行的设计和制作技术也不断完善和提高。
精细化控制
通过增加路径规划的精细 化控制，实现小车在行驶 过程中的平稳性和准确性 。
建立动态模型
根据环境变化建立动态模 型，实现小车对环境的自 适应能力。
调整小车的机械结构
优化车轮设计
改进车轮的设计，提高车 轮的抓地力和行ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ稳定性 。
调整车体结构
优化车体的结构，减轻小 车的重量，提高小车的响 应速度和稳定性。
CHAPTER 02
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XXXX本科毕业设计题目8字形赛道无碳小车的结构设计与仿真院系机械学院专业机械设计制造及其自动化姓名XXXX学号1114121129学习年限2011年9月至2015年7月指导教师XXXX 职称讲师申请学位工学学士学位2015 年5 月6 日摘要此次设计的课题是“8字无碳小车”。
在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。
我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了Solidworks、AutoCAD等软件辅助设计。
把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。
通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。
方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构等六个模块，进行模块化设计。
分别针对每一个模块进行多种方案设计，通过综合对比选择出其中的最优的方案组合。
我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用曲柄连杆+齿轮齿条机构、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构选用微调螺母螺钉。
其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。
技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，利用MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析以及灵敏度分析。
从而得到了小车的具体参数和运动规律。
然后应用SolidWorks软件对无碳小车进行实体建模和部分运动的仿真。
在实体建模的基础之上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等各种因素。
小车使用的零件一般是是标准件，可以直接购买，除一部分加工精度要求高的零件需要特殊加工之外，大多数的零件都可以通过手工加工出来。
对塑料可以直接切割，因为小车受到的力都不大，所以采用胶接，可简化零件以及零件装配。
调试过程会通过微调等方式改变小车参数进行试验，在试验的基础上验证小车运动规律，同时确定小车最优的参数。
关键字：无碳小车参数化设计软件辅助设计微调机构灵敏度分析ABSTRACT：The graduation design topic is "eight words carbon-free car". In the process of design of the car with a special focus on design methods, strive to based on the analysis of the proposition have clear and open design ideas; Work design do have systemic standardization and innovation; Considered in the design process to factors such as material, processing, manufacturing cost. We draw lessons from the parametric design, optimized design, system design and other modern design theory of invention method; Used the software such as MATLAB, SolidWorks, cad.I put the car design can be divided into three stages: project design, technical design and production of debugging. Through every stage of the in-depth analysis, cengcengbaguan, as far as possible to the optimal design is our design.Scheme design stage according to the car function requires us based on the composition of the machine (prime mover structure, transmission mechanism, actuator and control section, auxiliary part) put the car into the frame, engine structure, transmission mechanism, steering mechanism, travel mechanism, adjustment mechanism and so on six modules, carries on the modular design. Separately for each module for a variety of scheme design, through the comprehensive comparison choose the combination of optimal solution. Our solution is: the frame USES triangle plate type, engine structure adopted the conical shaft, transmission mechanism adopts gear or not the institutions, steering mechanism adopts the crank connecting rod + tank with one wheel drive wheel mechanism, travel mechanism to achieve differential, selects the adjustment nut screw fine-tuning mechanism. The steering mechanism takes advantage of the self-aligning bearings, joint bearings.Technical design phase we to plan through theoretical analysis, the mathematical model is established using MATLAB, respectively, the rule of energy consumption analysis, kinematics analysis, dynamics analysis and sensitivity analysis. To get the specific parameters of the car and the motionlaw. Then using SolidWorks software on the car movement simulation entity modeling and car parts. Based on solid modeling for each part has carried on the detailed design, considering the parts material performance, processing technology, cost and other factors.Used car parts are mostly is standard parts, can buy, at the same time, in addition to the part machining precision demanding part need special processing, most of the parts can be covered by the manual processing. The plastic can be used. And because the car by the force is not large, so large with glue, which can simplify the parts and components assembly. Debugging process will test by fine-tuning ways such as changing the parameters of the car, on the basis of the experiment verify the car motion law, determine the car at the same time the optimal parameters.KeyWORDS: carbon-free car parametric design sensitivity analysis software aided design fine tuning mechanism目录1 论述 (1)1.1 设计布置方案 (1)1.2功能设计要求 (1)1.3 整体方案设计 (2)1.4 小车的设计方法 (2)2 方案设计 (3)2.1 车架 (6)2.2 原动机构 (6)2.3 传动机构 (6)2.4 转向机构 (7)2.5 行走机构 (9)2.6 微调机构 (10)3 技术设计 (12)3.1 建立数学模型及参数确定 (12)3.1.1 能耗规律 (12)3.1.2 运动学分析 (15)3.1.3 动力学分析 (17)3.2 整体设计 (21)3.2.1 整体装配图 (21)3.2.2 设计过程 (21)3.2.3 小车的零件设计 (25)4 小车调试及改进 (27)4.1 小车调试方法 (27)4.2 小车改进方法 (28)总结与致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)1 论述小车功能设计要求无碳小车走“8”字形越障的设计1.1 设计布置方案图1-1 无碳小车示意图1.2 功能设计要求以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。
给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。