8字形无碳小车的建模与Matlab仿真
“8”字形无碳小车设计
无碳小车" 8 "字型设计方案成员: 刘潇陆首成胡珈铭指导教师：孔繁征张若达2012年12月9日本届竞赛命题主题本届竞赛命题主题为“无碳小车”。
命题与高校工程训练教学内容相衔接，综合体现大学生机械创新设计能力、制造工艺能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力。
竞赛的目的在于激发大学生进行科学研究与探索的兴趣，加强大学生工程实践能力、创新意识和合作精神的培养。
小车功能设计要求给定一重力势能，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。
驱动小车行走及转向的动力载荷只能由给定重力势能（4焦耳）转换得到。
动力载荷按要求(Φ50×65mm,质量≤1kg,材料：普通碳钢)准备，重块落差400±2mm，并随小车一起运动时铅垂下落，不允许从小车上掉落。
竞赛小车在半张乒乓球台（长1525mm，宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍物沿8字形轨迹绕行。
绕行时不得撞倒障碍物，不得掉下球台。
要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。
小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。
要求满足：①小车上面要装载一件外形尺寸为φ60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。
②转向轮最大外径应不小于φ30mm。
小车整体设计要求小车设计过程中需要完成：结构设计方案、工艺设计方案、成本分析和工程管理方案设计。
命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。
设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。
命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。
结构设计方案1小车底板车架不用承受很大的力，精度要求低。
考虑到重量加工成本等，车架采用3mm的铝板加工制作下图所示的几何形状，上面的孔的位置是小车其它零件的装配位置。
“8”形轨迹无碳小车转向机构优化设计及运动仿真
“8”形轨迹无碳小车转向机构优化设计及运动仿真刘洋洋【摘要】针对第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车越障竞赛的题目要求,依据机械原理与机械设计相关基础知识及已有的实践经验,对往届的参赛小车进行优化设计与仿真分析,并根据所得数据重新制造无碳小车.实测表明,设计完全符合题目要求,后续竞赛中也验证了该小车结构的合理性和稳定性.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】2页(P92-93)【关键词】无碳小车;优化设计;仿真分析【作者】刘洋洋【作者单位】沈阳航空航天大学工程训练中心,沈阳110136【正文语种】中文引言全国大学生工程训练综合能力竞赛是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动，是基于国内各高校综合性工程训练教学平台，为深化实验教学改革，提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神，促进创新人才培养而开展的一项公益性科技创新实践活动第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛竞赛命题“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”。
具体要求：设计一种小车，驱动其行走及转向的能量需根据能量转换原理，由给定重力势能转换得到。
该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1kg的标准砝码（￠50×65mm，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为小车示意图。
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，且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参赛学生自主完成。
图1 无碳小车1 无碳小车总体优化方案根据大赛题目要求，无碳小车应具有传动机构、转向机构、行走机构、微调机构及车架等构成。
双8字形轨迹无碳小车的设计与仿真
图 6 前轮支架微调设计
2.3.2 凸轮处微调方案 在凸轮处增加一个紧定螺丝，拧松紧定螺丝可以使凸 轮移动，用来调节凸轮位置。从而实现小车振幅的微调。
3.3 确定转向轮向左、向右时最大转角参数及此时余 弦曲线对应点的曲率半径
基于曲线曲率半径公式：
（2）
（1）
由 Matlab 软件计算得
当
时，圆曲线的圆弧长为
L2。同理运用曲线积分公式可得
。
双“8”轨迹总弧长
。
3.2 小车后轮直径 D（1 双“8”轨迹以 x=350 为对称轴） 以双“8”轨迹的位于对称轴左边区域的函数图形为小
车运动周期轨迹。令其弧长为 L4
取齿轮传动比为 1：4。齿轮模数 1，小齿轮 30 齿；大齿 轮 120 齿。两齿轮圆心距为 75 取两齿轮轴之间的距离为 70。设计驱动轮 B（左轮）与转向轮 A（前轮）的横向偏距 a1=62；从动轮（右轮）C 与转向轮 A 横向偏距 a2=62。小车 车宽 124。设计驱动轴与转向轮轴的距离为 d=111。
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内燃机与配件
双 8 字形轨迹无碳小车的设计与仿真
王相楠曰周浩
（武汉商学院，武汉 430056）
摘要院基于 2019 年第六届全国大学生工程训练综合能力野 8冶字型赛道避障行驶常规赛的规则袁进行无碳小车设计探索袁主要是凸 轮组合机构的设计遥通过 Solidworks 软件进行三维建模袁应用 Matlab 软件对无碳小车运动轨迹以及结构尺寸细化设计进行数学建模袁 进而优化设计参数袁对微调方案进行合理分析遥
图 4 小车结构简图
Internal Combustion Engine & Parts
“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。
8字形无碳小车的建模与Matlab仿真
科技风2017年7月下科技创新DOI：10.19392/ki.1671-7341.2017140238字形无碳小车的建模与Matlab仿真武时会重庆人文科技学院重庆401520摘要:针对第5届工程训练大赛“无碳小车”的要求，设计出一种利用重力使能转化为动能的三轮8字形“无碳小车”，利用 转向机构改变运动方向以实现无碳小车行进路线沿8字形轨迹绕行。
运用Solidworks进行建模装配，并利用相关运动学公式计算 出8字形曲线的理论轨迹，以便设计出结构更加合理的8字形无碳小车。
关键词：无碳小车；运动仿真；工程训练；Solidworks建模给定一重力势能，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[1]。
该自 行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物，把他称为 无碳小车。
设计出的8字形无碳小车需要合理转化重力势能，以求能走出更多8字绕行轨迹[2]。
本文基于SMdwoks平台对 小车进行零部件设计，然后进行装配。
并通过M Q Q软件行走 轨迹进行模拟仿真，得到结构合理、绕行次数加多的8字形无 碳小车。
1结构方案设计与建模根据大赛要求，需设计出结构合理，能完成绕行8字轨迹 的要求，为方便设计这里讲整车运动结构划分为3个相关模块 进行分别设计，3个模块分别为驱动行进模块、转向模块以及微 调模块。
1.1驱动行进模块设计驱动模块作用是将重块的重力势能转化为此8字形无碳 小车的行进动能。
并将这一动能传递给驱动轮以带动整车沿8 字轨迹绕行[3]，驱动行进模块除实现这一功能要求外还需要达 到以下几点额外要求：（1)重力势能产生的驱动动能应合理以 避免整车在行进过程中产生过大的行进速度导致整车翻转，或 整车在行进过程中产生额外偏载荷。
（2)行进过程中速度应先 加速后减速，以保证整车行进稳定性。
（3)整车行至终点时，速 度应逐渐减小至最小值以避免撞击。
（4)重物竖直下降速度随 时间在增大，为增加重力势能转化率，应设法减小驱动过程中 整车的内部耗能。
基于MATLAB的“8”字绕障无碳小车的轨迹模拟
摘 要 ：设计了一种数控激光切割机智能夹钳系统，这种智能夹钳系统能够实现板材加工过程中的固定，利用夹钳固定板 材时，保证夹钳使用的方便性，而且能使板材利用率达到最高。
关 键 词 ：板材加工;激光切割;夹钳
中图分类号：1G 4S 5
文献标志码： B
文章编号：1〇〇2-2333( 2〇17 )〇1-〇〇98-〇2
小车由动力机构、传 动 机 构 、差 速 机 构 、转向机构、微 调 机 构 和 机 架 共 6部 分 构 成 。其 中 传 动 机 构 为 二 级 齿 轮 传 动 ，传动比为1:8。而转向机构使用RSSR空间四杆机构实 现 小 车 前 轮 转 向 ，使用不对称的不完全齿轮实现不对称 的 间 歇 运 动 ，以 实 现 驱 动 轮 在 内 外 圈 运 动 路 程 不 同 的 设 计 要 求 。不 完 全 齿 轮 两 段 光 滑 弧 长 比 1:2 。 3 轨迹模拟
B'D='姨B'E1+ DE1 -
B 忆C='姨BC2-BB 忆2= V s C 2-ABsina2； 茁= 蚁B忆DC- 蚁B忆DE
=arccos I B 1D2+ CD2- B忆C2-arctan 蓸-B-’-E '
\ 2 B ’D-CD 蔀
' DE
2)后 主 动 轮 转 角 。
小 车 转 角图如图2所 示 ，已 知 :车长即前轮中心到后
轮中心的垂直距离GH，车宽即两后轮中间的距离M N 传
网址 电 邮 ：hrbengineer@ 2017 年第 1 期
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机械工程师 MECHANICAL ENGINEER
激光切割机智能夹钳系统
顾 春 \ 周 建 华 \ 周 庆 2， 岳俊强2， 陈林2 (1.扬州大学机械工程学院，江苏扬州225009;2.江苏金方圆数控机床有限公司，江 苏 扬 州 225127)
无碳小车8型设计方案
千里之行，始于足下。
无碳小车8型设计方案设计方案：无碳小车8型1.介绍:无碳小车8型是一款采用无碳能源驱动的小型交通工具。
它使用电动马达和锂电池作为动力来源，不产生排放物，具有零碳排放、低噪音和环保等特点。
该小车适用于城市短途交通和商业配送等场景。
2.外观设计:无碳小车8型的外观设计简洁、时尚。
车身采用轻质合金材料制作，以提高车辆的耐久性和燃油效率。
前部设计了空气动力学外形，以减少空气阻力，并提高车辆的稳定性。
车头和车尾之间的车身线条流畅，展现出动感和科技感。
车身颜色可选用环保的水性漆，以符合无碳环保的理念。
3.性能参数:车辆配备了一台高效电动马达和一组锂电池。
电动马达的输出功率可根据需求进行选择，一般可达到15至20千瓦。
锂电池的电池容量可根据需求进行配置，一般可达到600至800安培时。
这些性能参数保证了车辆的动力性和续航能力。
4.安全设计:无碳小车8型在安全设计方面也非常重视。
车辆配备了ABS防抱死制动系统和盘式刹车系统，以确保在急刹车时能够保持车辆的稳定性。
此外，车辆还配备了安全气囊以及电子稳定系统等先进的安全设备。
5.操控性能:第1页/共2页锲而不舍，金石可镂。
无碳小车8型操控性能出色，方便驾驶操作。
车辆配备了电动助力转向系统，提供一流的转向灵敏度。
此外，车辆还配备了智能驾驶辅助系统，包括自动泊车、自动巡航控制等功能，提高了驾驶的舒适性和安全性。
6.智能化:无碳小车8型具有智能化特点，可与智能手机等移动设备联网。
驾驶员可以通过手机应用程序实时监测车辆的运行状况和电池状态，进行远程控制和智能导航。
此外，车辆还配备了车载娱乐系统和蓝牙音响，提供丰富的娱乐体验。
7.续航能力和充电设施:无碳小车8型的续航能力较为出色，一般可达到100至150公里。
此外，车辆还配备了快速充电接口，可以在短时间内完成充电，提高了车辆的可用性。
同时，为方便用户充电，还应该建设完善的充电设施，如充电桩和充电站等。
8.经济性:无碳小车8型在经济性方面也具有一定优势。
8字形无碳小车的设计
8字形无碳小车的设计摘要：针对2015年第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题为“无碳小车”，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。
设计一种小车，该小车特点是：为了小车的综合运行能力，将小车的重心尽量的降低，使小车运行更加平稳。
在小车转向部分增加指针，方便观察转角，准确地对小车进行调整。
采用不完全齿轮实现间歇。
利用滑块顶丝使曲柄长度连续可调，从而改变转角。
本设计在实际生活中也会用到，有很好的应用前景。
关键词：8字形;不完全齿轮;单级齿轮驱动;摆动导杆1.总体分析采用尼龙线连接重物和原动轴，重物的下降会拉动尼龙线然后带动原动轴旋转，从而实现小车的驱动。
当重物落到车板上的时候会对车板产生撞击，造成能量损失。
①通过理论分析让重物的能量尽可能的转化小车的行进的动能。
为了达到这一目的我们需要实现重物下落时的运动规律：由静止开始加速下落，然后开始匀速下落，最后进入减速阶段，以接近速度为零的速度落到车板上。
本作品采用锥形轴原动轴，锥形轴可以很好的做到以上运动规律，达到减小能量损失的目的。
②根据本大赛的要求，小车需要自动控制其转弯，为了实现小车的自动转弯，首先后轮的运动应该传给转向机构，然后设计以一种机构实现前轮的间歇行工作。
③为了保证小车行驶的距离最远，必须将不必要的损失降到最小。
可以设计出一种机构让小车在需要转弯的地方是走弧线，在不需要转弯的地方走直线。
还可以在保证小车正常行驶的情况下将小车打孔，减轻小车的质量。
本作品利用重物的重力势能做能量，通过单级齿轮驱动后轮进行前进;利用不完全齿轮实现间歇;利用摆动导杆实现转向，从而实现无碳小车的8字形运动。
2.运动轨迹分析AB、CD阶段间歇（细实线），AD、BC阶段转向（粗实线）。
小车从D点起车，起车时小车间歇机构处于间歇状态，小车前轮以一定的摆角行驶，并保持这一状态由D点运动到C点（细实线），到C点后开始转向，到B点转向结束（粗实线），从B点到A点（细实线）小车间歇机构再次进入间歇状态，小车前轮以一定摆角运动到A点结束，A点到D点（粗实线）小车前轮转向，到D点后和开始起车一样，即到此完成一个8字周期。
“8”字循迹无碳小车创新设计
1任务分析根据浙江省首届大学生工程训练综合能力竞赛要求：小车为三轮结构，驱动小车行走及转向的能量是根据能量转换原理，全部由给定重力势能转换而来的。
给定重力势能为4焦耳，竞赛时统一用质量为1Kg 的重块（￠50×65mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm（如图1），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。
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。
对应要求制作目标小车，使得其在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不撞倒障碍物，并且不掉下球台。
障碍物为直径20mm、长200mm 的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，并且要求本小车可以随着障碍物相对位置改变而改变运动轨迹并且能实现小车在相应最优化路线上使小车走尽可能多的8字。
2设计思路小车通过齿轮传动实现重物重力势能与小车动能的转换以及减速功能。
重物通过合理的方式为连接到小车的驱动机构以及转向机构，提供恒定或者周期性变换的能量；转向机构应满足轨迹可调，即转向角度、时间等影响因素的可调。
最后，通过对三轮小车进行运动分析，获得最优机构设计。
设计方案见图2。
2.1关键机构的设计本小车的关键机构包括涵盖重力势能的转化及合理分配的驱动机构和涉及前轮转向角度以及前后轮行程分配的转向机构，两者都是关系到小车运动轨迹是否正确的决定因素。
2.1.1传动机构设计驱动机构主要由重物、钢丝绳、齿轮、定滑轮和绕线盘等组成。
其中齿轮设计比较复杂，不同的传动比直接影响转向机构的设计。
本小车设计过程中是基于理论推理确定传动比的大概范围，然后经过实验来确定最终传动比，设计过程中主要产生了以下两个代表性方案：方案一：二级齿轮传动。
通过定滑轮，利用重物下落带动阶梯轴（两级）上固定的主动齿轮再带动安装在后轮轴上的齿轮再带动第二级从动齿轮作为转向机构的基本动力来源，如图3。
“8字形”无碳小车结构设计
“8字形”无碳小车结构设计作者：陈冬冬梅杰王沛栋智惠来源：《工业设计》2017年第07期摘要：针对2017年第五届全国大学生工程训练综合能力的命题“无碳小车绕8字组”的要求，对小车进行创新性设计，主要是转向机构设计。
通过Adams软件强大的辅助功能进行参数化建模和仿真，对无碳小车运动轨迹计算仿真模拟，进而优化设计参数。
利用Matlab软件对模拟数据进行分析，得出最佳结构设计。
比赛实践表明，小车结构设计合理，运行轨迹满足“8字形”轨迹的要求，运行平稳，能量损失少，设计方案正确，在竞赛中取得了不错的成绩。
关键词：无碳小车；8字形；行走轨迹；计算仿真中图分类号：TB472 文献标识码：A文章编码：1672-7053（2017）07-0141-02Abstract：In view of the proposition of the Fifth National College Students' engineering training comprehensive ability in 2017， the title of this contest is a car without carbon emission run around “8 character” .And this contest complete innovation design of the car， mainly steering mechanism design. Through the parametric modeling and Simulation of the powerful auxiliary function of Adams software， the trajectory simulation of the no carbon car is simulated， and the design parameters are optimized. At the same time， Matlab software is used to analyze the simulation data and obtain the best structure design. Competition practice shows that the design of the car structure is reasonable，the running track meets the requirements of the "8 character" trajectory， the operation is smooth，the energy loss is less， the design scheme is correct， and good results have been achieved in the competition.Key Words：carbon free car； 8 character； walking track； calculation simulation本设计源于全国工程能力设计竞赛无碳小车的设计，该竞赛要求设计一种根据能量转换原理完成绕固定桩距的八字形小车。
无碳小车绕8字的创新设计与仿真
此小车 的整体 设计要求是 ： 结构简单 ， 零件加工 简易 ， 传 动级数较
少， 调 整 单元 少 且 简 易 。 ２ ． １主动 轮 分 析 当小 车 以 曲线 前 进 时 ， 后轮必将产生差速 ， 若 采 用 双 轮 同步 驱 动 必 定 会 有 轮 子 与 地 面 产 生滑 动摩 擦 ， 导致无法确定其轨迹 ， 不 能 有效地进行分析与设计。 因此无碳小车普遍会设计成单轮驱动 的驱 动方式。 采 用 单 轮 驱动 的小 车可 以有效 地 避 免小 车行 驶 过 程 中产 生 的滑动与偏移 ， 使得行驶轨迹与理论计算更 为接近 ， 但是单轮驱动 要注意平衡性问题 ， 设计小车时应把重心靠近驱动轮 ， 同时降低转 弯 时 的 车速 。 ２ ． ２ 驱动 轮 理 论轨 迹 的设 计 当确定 单 轮 驱 动 的驱 动 方 式后 ，我 们仅 需 要 把 驱 动 轮作 为参 考 点， 进行轨迹分析。我们理想的轨迹必然是一个对称的圆滑 的八字 形。但是单轮驱动在不同转 向方向时会产生不同的回转半径 ， 假设 左后轮为主动轮 ， 左转时 Ｒ ＝ ａ ｌ ｔ ａ ｎ （ Ｏ） 一 ｂ ／ ２ ， 右转时 Ｒ ＝ Ｒ ＝ ａ ／ ｔ ａ ｎ （ Ｏ） ＋ ｂ ／ ２ ， 因此 最 终 形 成 的轨 迹是 一 个 葫 芦型 的八 字 。 这 对后 续 的 机构 选 择 以及仿真都会带来极大的难度 。经过分析与讨论 ， 我们创新地把前 轮平移 ， 使 之 与驱 动 轮 保 持 在 一 条直 线 上 ， 这 样 极 大地 简化 了后 续 设计仿真 。 这样的设计实例也不是首次 ， 如边三轮摩托车， 其整体造 型 与轮 子 的 设计 布 置 同我 们 设计 的小 车是 一 致 的 。 ２ ． ３ 间歇 机 构 的设 计 因绕八字的要求 ， 小车需在八字的上下端保持一段定直径的圆 弧， 因此 要 求 在 最 大 转 向角 处 能 有一 段 时 间 的停 歇 效 果 ， 因 此 选 择 间 歇 运动 机 构作 为方 向控 制 用 的机 构 。 间歇 机 构有 很 多 形 式 ， 凸 轮 是其 中一种 比较简单 的机构 ， 但是因为凸轮面轨迹 的高要求 ， 以及 学校加工能力的精度限制 ， 终 没有考虑这种机构 。我们最终选取了 较为简单 ， 且 停 歇 比可 控 性 较 高 的不 完 全 齿 轮 机 构 ， 其 设 计 灵 活 性 高， 加 工 简单 ， 体 积 小 的特 点 都很 适 用 于无 碳 小 车 的要 求 。 ２ ． ４转 向机构 的设 计 为 了获得 高 度 的左 右 对 称 性 的简 单 函 数关 系 ， 在转 向机 构上 选 择 正 弦机 构 以实 现 导 向杆 的往 复运 动 。 用 滚 动轴 承代 替 普通 摩 擦滚 子， 以实 现 机 构 的低 损 耗 运 动 。正 弦机 构 的 曲柄 同 不完 全 齿 轮 的被 动齿 轮 连 接 ， 当 齿轮 处 于 锁止 弧 接 触段 时 ， 正 弦 曲柄 水 平 ， 导 程达 到 极值， 此时小车的前轮转角也处 于最大转 向角 ， 通过此机构连接方 式 可 以实 现小 车 的 圆弧 转 弯 。 ２ ． ５ 驱 动 机构 的设 计 齿轮的传动效率可高 达 ９ ８ ％，因此可 以很好地提高能量利用 率。 依 据 重块 下 落 的重 力 势 能 转化 为使 小 车 前进 的动 能 能量 损失 最 少 的原 则 ， 选 择 以 齿 轮 副来 完 成 滚 筒 轴 到 后 轮 轴 的 动 力传 动 ， 驱 使 小 车行 驶 ， 可 以 最 大化 利 用 能量 ， 使 小 车行 驶 的更 远 。考 虑 到 启 动
无碳小车Matlab轨迹仿真及路径图
无碳小车Matlab轨迹仿真及路径图无碳小车Matlab仿真程序及路径图1.仿真程序clearclctic%符号定义%重物下降的高度h%驱动轴转过角度sd2%驱动轴传动比i%转向轮轴心距b%转向杆的长c%转向轮转过的角度af%驱动轮半径R%驱动轮A与转向轮横向偏距a1%驱动轮B与转向轮横向偏距a2%驱动轴与转向轮的距离d%小车行驶的路程s%小车x方向的位移x%小车y方向的位移y%轨迹曲率半径rou%曲柄半径r1%绳轮半径r2%参数输入n=1000;h=linspace(0,0.4,n);i1=0.5;i2=1.05;R=0.16;%驱动轮A与转向轮横向偏距a1a1=0.08;%驱动轮B与转向轮横向偏距a2a2=0.08;%曲柄半径r1r1=0.02;%绳轮半径r2r0=0.006;%驱动轴与转向轮的距离dd=0.2;%连杆与转向轮的距离cc=0.04;%算法g=-10;sd0=h/r0;sd1=sd0/i1;sd2=sd0/i2;af=atan(r1.*sin(sd2)/c);format longrou=a1+(d)./(tan(af));s=sd1*R;ds=s(2)-s(1);dy=ds*cos(af);dx=-ds*sin(af);x=cumsum(dx);y=cumsum(dy);xb=x-(a1+a2).*cos(af);yb=y-(a1+a2).*sin(af);xc=x-a1*cos(af)-d*sin(af);yc=y-a1*sin(af)+d*cos(af);plot(x,y,'b',xb,yb,'b',xc,yc,'r'); hold ongrid onfor i=1:20t=0:0.01:2*pi;xy=0.01.*cos(t)-0.23;yy=0.01.*sin(t)+i;plot(xy,yy);hold onend2.仿真路径。
8字形无碳小车
无碳小车【摘要】“无碳小车”是2013年第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题。
此次竞赛分为两个小组，即“S”和“8”字组，我们本次的分组是“8”字组，所谓“8”字就是让小车在重物重力势能的作用下让小车在半张标准的乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上绕“8”字，并且在绕行的过程中能自动避开障碍物（障碍物的距离在300-500mm的范围变化），在小车的整个设计过程中，采用了现代设计发明理论方法，如参数化设计、系统设计等，并运用了AUTOCAD 、PROE等软件辅助设计。
设计过程严谨，各个零部件的运动轨迹都从数学的角度得到了论证。
将小车的设计分为四个过程：方案设计、技术设计、制作调试、设计总结，通过对每个过程的深入的研究，严格控制每个过程，尽可能使小车的整体效果更佳。
方案设计过程依据据比赛对小车功能的要求，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、微调机构六个模块，进行模块化设计。
对每个模块采用多方案设计的设计原则，根据实际情况进行综合比对，选择出最优的组合。
最终选择的方案是：车架采用三角底板式、原动件采用了锥形轴的、传动机构采用了齿轮、转向机构采用用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉。
在转向机构中，采用了不完全齿轮，在不完全齿轮的设计中，最重要的是参数的确定，通过小车轨迹的研究，最终确定合适的参数。
技术设计过程先对方案设计过程中所选方案进行数学建模，从理论上进行分析和论证，根据理论力学对小车进行运动学和动力学分析，然后用PROE对小车进行实体建模，在建模的过程中对小车的每个零部件进行详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等由于小车的受力不大，所以大量采用胶接，小车加工完成后，通过小车的实际运动，对小车进行调节，使它达到最佳状态。
最后总结本次比赛的得与失，在以后的工作学习中努力去弥补自己的不足。
无碳小车走“8”字形越障的设计
南湖学院课程设计报告书题目：无碳小车走“8”字形越障的设计系部：机电系专业：机械设计制造及自动化班级：姓名:学号:2012年01月4日目录一绪论 (1)1.1课程设计任务书主题 (1)1.2小车功能设计要求 (1)1.3小车整体设计要求 (1)1.4小车的设计方法 (2)二方案设计 (2)2.1车架 (4)2.2原动机构 (5)2.3传动机构 (5)2.4转向机构 (5)2.5行走机构 (6)2.6微调机构 (7)三技术设计 (8)3.1建立数学模型及参数确定 (8)3.1.1能耗规律模型 (8)3.1.2运动学分析模型 (10)3.1.3动力学分析模型 (13)3.1.4灵敏度分析模型 (15)3.1.5参数确定 (16)3.2零部件设计 (16)3.3整体设计 (18)3.3.1整体装配图 (18)3.3.2小车运动仿真分析 (19)四小车制作调试及改进 (19)4.1小车制作流程 (19)4.2小车调试方法 (19)4.3小车改进方法 (19)五评价分析 (19)5.1小车优缺点 (19)5.2自动行走比赛时的前行距离估计 (20)5.3改进方向 (20)一绪论1.1课程设计任务书主题课程设计任务主题为“无碳小车走‘8’字形”。
内容体现“创新设计能力、制造工艺能力、实际操作能力和工程管理能力”四个方面的要求。
1.2小车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。
小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距500mm距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。
障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距500mm 距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。
见图。
图：竞赛项目所用乒乓球台及障碍设置图给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，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，不允许掉落。
“8”字型无碳小车的结构设计与实现
“8”字型无碳小车的结构设计与实现张金玲;肖坤;边普阳;赵宏宇;曹伟龙【摘要】To improve manipulative ability and engineering practice ability of undergraduate and cultivate the sense of innovation and teamwork, our school organizd the competition of engineering training ability, the theme of the event is "carbon-free car". according to the projects, the text explained emphatically the design and implementation of "8" shaped carbon-free car from program selection and structural design .through the car's design、 manufacture、 installation and commissioning, the competition strengthened the students' engineering training effect and took advantage of the potential, a comprehensive reflection of mechanical creative design capabilities, manufacturing process capability, at the same time,the students also showed the practical ability、project management ability and so on.%为提高在校本科生动手能力、工程实践能力，培养学生创新意识及团队协作精神，我校特举办大学生工程训练综合能力竞赛，该赛事的主题是“无碳小车”，针对竞赛项目，在充分领悟命题要求的基础上，着重方案选择和结构设计两方面阐述了“8”字型无碳小车的设计与实现，通过小车的设计、制作、安装与调试，强化了学生的工程训练效果，发挥了学生的潜力，综合体现大学生机械创新设计能力、制造工艺能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力。
8字无碳小车的设计与制作毕业设计说明书[管理资料]
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攀枝花学院本科毕业设计（论文）8字无碳小车的设计与制作学生姓名：学生学号： 200910603046院（系）：机械工程年级专业： 2009级机械设计制造及其自动化指导教师：助理指导教师：二〇一三年六月摘要此次毕业设计的课题是“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MATLAB、PROE等软件辅助设计。
我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+槽轮机构、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PROE软件进行了小车实体建模和小车部分运动仿真。
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。
小车使用的零件大多是是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊的加工外，大多数零件都可以通过手工加工出来。
对塑料可采用切割。
且因为小车受到的力都不大，因此大量采用胶接，这样可简化零件及零件装配。
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8字形无碳小车的建模与Matlab仿真
作者：武时会
来源：《科技风》2017年第14期
DOI：10.19392/ki.16717341.201714023
摘要：针对第5届工程训练大赛“无碳小车”的要求，设计出一种利用重力使能转化为动能的三轮8字形“无碳小车”，利用转向机构改变运动方向以实现无碳小车行进路线沿8字形轨迹绕行。
运用Solidworks进行建模装配，并利用相关运动学公式计算出8字形曲线的理论轨迹，以便设计出结构更加合理的8字形无碳小车。
关键词：无碳小车；运动仿真；工程训练；Solidworks建模
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[1]。
该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物，把他称为无碳小车。
设计出的8字形无碳小车需要合理转化重力势能，以求能走出更多8字绕行轨迹[2]。
本文基于Solidworks平台对小车进行零部件设计，然后进行装配。
并通过Matlab软件行走轨迹进行模拟仿真，得到结构合理、绕行次数加多的8字形无碳小车。
1 结构方案设计与建模
根据大赛要求，需设计出结构合理，能完成绕行8字轨迹的要求，为方便设计这里讲整车运动结构划分为3个相关模块进行分别设计，3个模块分别为驱动行进模块、转向模块以及微调模块。
1.1 驱动行进模块设计
驱动模块作用是将重块的重力势能转化为此8字形无碳小车的行进动能。
并将这一动能传递给驱动轮以带动整车沿8字轨迹绕行[3]，驱动行进模块除实现这一功能要求外还需要达到以下几点额外要求：
（1）重力势能产生的驱动动能应合理以避免整车在行进过程中产生过大的行进速度导致整车翻转，或整车在行进过程中产生额外偏载荷。
（2）行进过程中速度应先加速后减速，以保证整车行进稳定性。
（3）整车行至终点时，速度应逐渐减小至最小值以避免撞击。
（4）重物竖直下降速度随时间在增大，为增加重力势能转化率，应设法减小驱动过程中整车的内部耗能。
（5）因场地不同会导致滚动摩擦系数不同，应考虑不同摩擦系数时产生足够的驱动力距使整车能够行走。
（6）从便于加工的角度考量，驱动行进模块应尽量选择结构简单、效率高的机构。
从以上角度考虑，提出行进驱动装置采用结构较为简单的绳轮机构，而行走传动装置应采用结构稳定、效率较高的齿轮传动机构。
驱动行进模块模型如图1所示。
由图1所示，驱动过程应该为：重物下降带动跨轮绳运动，在驱动力距的作用下带动绕绳轴上的大齿轮传动，通过一级齿轮传动使驱动轮转动从而带动整车前进。
这里驱动轮采用双轮半径不同的差速方式使整车行进。
1.2 转向模块设计
转向结构是调节前轮转弯角度的装置。
前轮转向脚不同会导致走出的轨迹曲线不同，若想走出完整的8字绕行轨迹，需有足够的前轮转向角度。
同时转向模块能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现行进的8字绕行轨迹。
能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆等等。
本文选择以空间曲柄连杆+摇杆机构，
这是因为曲柄连杆+摇杆运动副为面接触运动副，能承受较大的径向以及轴向压力，且便于润滑、制造简单方便。
曲柄摇杆机构能获得较高精度，构件间自身可产生形锁，相对于凸轮弹簧力锁合其结构更为简单、结果更加准确。
但此机构有自身不足之处，机构本身较为复杂，工作效率降低，有发生自锁以及死点的可能，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加使得调节问题过于繁琐。
转向机构设计如图2所示。
图2所示，由驱动轴带动曲柄转动，各构件之间通过关节轴承相连，为补足前轮转角问题，在摇杆与前轮连接处安装滚动轴承。
其整体应为空间曲柄摇杆机构，根据机械原理中空间曲柄摇杆机构摇杆转角与曲柄转角关系公式[4]
l2=c2·（1-cosα）2+（b+c·sinα-r1·sinθ1）2+r21·cos2θ1（1）
式中：c——转向杆长；α——前轮转角；θ1——曲柄转角；r1——曲柄轴半径；c——转向杆长，b——转向轮轴心距；l——连杆长。
将上述公式利用Matlab编程计算可得到前轮转角曲线如图3所示：
由图3可知，波峰幅值为1.1rad，波谷幅值为0.7rad，这是因为双轮采用半径不同的差速方式，使整车在绕行8字轨迹时端点转角不同。
若想走出完整的8字绕行轨迹需对以上值进行相关调节，即通过调节曲柄长度或调节连杆长度以改变端点前轮转角的大小使之合理。
1.3 微调模块
在整车设计之初，各参数选择完成后，整车轨迹便以确定，但由于加工或安装误差，会导致整车行走的实际轨迹与理论轨迹出现一定偏差，需进行纠正。
且初始设计无法做到最优化需通过不断调试来确定最优的8字绕行轨迹。
为得到精确的8字燃性轨迹，需设计微调机构以对前轮转角进行微调，微调结构模型如图4所示。
根据图4所示，通过微调曲柄长度和连杆长度来改变前轮转角的大小。
采用滑槽调节曲柄长度，以及采用螺母螺杆的微调连杆长度。
2 无碳小车运动轨迹matlab仿真
将机械原理中曲柄连杆运动学公式[5]，可推导出驱动轮在直角坐标系中的轨迹方程：
dx=ds·sinβdy=ds·cosβ（2）
式中：s——行进距离；β——前轮转角。
再将上述公式与公式（1）联立，改写为差分方程，利用Matlab软件进行求解计算，通过不断微调曲柄和连杆长度数据，可得到精确的8字循环轨迹如图5所示。
由图5可知8字形曲线产生一定偏移，这是由加工和安装误差所引起，无法避免。
8字左右两端点间距离为0.768m，设选其中一点为固定点，则此8字轨迹可跨长度为0.30.5m。
小车制成后，实际测得平均值为0.782m，仿真结果与实际结果基本相同。
3 结论
整车运动结构划分为3个相关模块进行分别设计，3个模块分别为驱动行进模块、转向模块以及微调模块并利用Solidworks进行三维建模。
使其每个零件或结构件具有平衡性已达到减小摩擦.提高校车整体平衡的目的。
分别针对每一个模块进行最优方案设计，驱动行进模块采用绳轮驱动齿轮系统带动驱动轮方案，转向模块采用空间曲柄连杆机构，而微调机构则采用微调螺母和螺杆。
借助Matlab软件进行模拟仿真，通过不断改变曲柄和连杆长度得出前轮转角曲线以及精确的8字轨迹线，并与实际测量值进行比较，结果近似。
以上分析可有利于缩短加工改进过程和调试过程，对8字形无碳小车的制作提供理论参考。
参考文献：
[1]曾子维，高建正，祁元明，等.“无碳小车” 设计与制作[J].科技风，2013（7）：8.
[2]王斌，李瑞莲，等.无碳小车的创新性设计[J].山西大同大学学报，自然科学版，2012（2）：5962.
[3]季元进，任利惠，顾建.利用变心齿轮传动的无碳小车的机构创新设计[J].机械设计，2013（9）：7174.
[4]李杞仪，赵韩.机械原理[M].武汉：武汉理工大学出版社，2001.8.
[5]郑文纬，吴克坚.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1992.9.
作者简介：武时会，重庆人文科技学院机电与信息工程学院，讲师，研究方向：从事机械设计与振动方向。