无碳小车Matlab轨迹仿真及路径图

“S”形轨迹无碳小车的结构设计与运动仿真

将小车微分运动看作是绕其某一圆心的圆周运动，如
图 3 所示，则小车车身中线运动的圆弧长度为前轮运动距
离 Sf，圆弧半径为 Rf，小车车身中线在微分运动 i 内转过
的角度为：
（7）
图 4 小车微分运动原理图
方法 2：将小车微分运动看作小车车身中线末端沿着上一个微分运动结束时的中线方向直行，车身中线前端（即前
（2）式中：r———正弦机构的曲柄长度； l———正切机构的转向杆旋转轴心与导轨间距离； l0———导轨长度微调量；琢0———前轮拐角微调量。 2 运动轨迹求解由于小车运动机构的复杂性，难以直接利用数学方程对小车前进的运动轨迹进行积分求解。利用 MATLAB 仿真软件，将小车的运动进行微分，求出每个微分运动中小车转向及位移的变化量，最后将各个微分运动结果进行叠加，即可求得小车总体的运动轨迹。在每个微分运动内，当小车处于转弯状态时小车的三个轮子可以看作是进行圆弧运动，如图 3 所示，小车左右转运动时其主动轮右后轮分别处于运动轨迹圆弧的外侧及内侧[2]，不便于求解其微分运动结果后进行叠加运算，因此为了方便计算选取小车前轮的运动轨迹进行求解。图 3（a）中，当小车处于右转状态时，主动轮右后轮位于运动轨迹弧线内侧，前轮的转弯半径 Rf1 大于右后轮的转弯半径 Rr1，假设微分运动内前轮转角为定值琢1，依据几何关系列出前轮前进距离 Sf1 与绕线轴转角兹1 之间关系方程：
（3）
Internal Combustion Engine & Parts
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轮）沿着前轮方向前行[3]，如图 4 所示，则可得出微分运动 i 结束后小车车身中线相对跑道在微分运动内转过的角度茁（i）为：

基于Matlab的汽车无人驾驶路径规划

收稿日期：2021-02-04基金项目：湖南科技学院校级科研项目（No.20XKY051），湖南科技学院应用特色学科建设项目。

第一作者简介：王道正（1995—），男，湖南邵阳人，湖南科技学院电子与信息工程学院电子信息工程专业2016级学生。

通信作者：潘学文（1983—），男，湖南永州人，硕士研究生，湖南科技学院电子与信息工程学院讲师，从事电子与通信方面课程教学工作。

DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2021.04.12总第202期2021年第4期Total of202 No.4，2021创新发展现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization基于Matlab的汽车无人驾驶路径规划王道正，唐雅媛，王林惠，潘学文（湖南科技学院电子与信息工程学院，湖南永州425199）摘要：采用人工势场法进行路径规划和避障，建立新的汽车无人驾驶路径规划环境模型。

汽车以自身的圆周势场进行探测，每次移动都会使势力场发生改变，在进行信息收集后判断避开障碍物的所有路径，最终在规划的路径中找出最佳路径，从而完成避障和路径规划。

避障路径规划技术能够指引汽车避开障碍物，避免事故的发生，对提高道路交通的安全水平大有帮助。

关键词：Matlab；避开静态障碍物；局部路径规划；人工势场法中图分类号：TN911-4；G434文献标识码：A文章编号：2095-0748（2021）04-0028-03引言人民的生活水平正在逐步提高，汽车成为人们生活中首选的出行工具。

但随之而来的是我国日益严峻的道路交通安全形势，人们也越来越重视行车安全。

随着人工智能的发展，自动驾驶商用汽车智能化技术逐渐成熟，使无人驾驶商用化进程继续加快，成为当下热门的科技之一[1-2]。

无人驾驶技术适用于人们生产和生活的方方面面，如智能仓库搬运车能独立规划路线，进行货物分类搬运，从而使效率大大提高[3-4]。

无碳小车轨迹模拟及转向机构的优化

无碳小车轨迹模拟及转向机构的优化李杰;谢良喜;马昭;陈建文;章毅;田志翔【摘要】为了设计能自动绕障的无碳小车,建立了曲柄摇杆转向机构的数学模型,采用MATLAB进行小车轨迹模拟,发现转向机构的初始参数不尽合理.采用CAD模拟与数值分析相结合的方法,对转向机构参数进行了优化,最终设计出较优的曲柄摇杆转向机构,在此基础上设计、制作了无碳小车,取得了良好效果.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】3页(P36-38)【关键词】无碳小车;曲柄摇杆机构;MATLAB;优化处理【作者】李杰;谢良喜;马昭;陈建文;章毅;田志翔【作者单位】武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081;武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081;武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081;武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081;武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081;武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081【正文语种】中文【中图分类】TP391.70 引言全国大学生工程训练综合能力竞赛命题中，有一项主题为“无碳小车越障竞赛”，要求小车利用重块的重力势能驱动，在前行时能够自动绕过赛道上按一定间隔设置的障碍物，以小车成功绕障数量和前行的距离和来综合评定成绩。

此命题对小车的运行轨迹有着很高要求，而转向机构设计是保证小车按最优轨迹运行的关键。

较好的转向机构方案的有4种，分别是曲柄摇杆机构、曲柄摆杆机构、空间四杆机构和正弦机构。

经过综合比较，我们选用曲柄摇杆机构作为小车转向机构。

为了提高设计质量，需要在设计阶段对小车运行轨迹进行模拟，并根据模拟结果，对转向机构进行参数化优化。

图1 曲柄摇杆机构模型图1 转向机构的数学建模如图1所示为该绕障小车曲柄摇杆转向机构示意图，将机构置于直角坐标系xoy 中，摇杆的固定铰链与坐标系原点重合，机架与x轴重合，其中曲柄长度a，连杆长度d，摇杆长度c，机架长度d，曲柄与机架的夹角记为θ，摇杆与机架之间的夹角为γ。

8字形无碳小车的建模与Matlab仿真

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。

双8字形轨迹无碳小车的设计与仿真

根据一个周期内弧长等于后轮走过的长度。列出方程：
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

适用于“无碳小车”走特定轨迹的凸轮机构及其设计方法(彩色版)

适用于“无碳小车”走特定轨迹的凸轮机构及其设计方法（彩色版）论文小白全国大学生工程训练综合能力竞赛，是由教育部高等教育司发文举办的竞赛活动之一。

“‘8’字无碳小车绕障行驶常规赛”作为该竞赛的赛项之一，在将于2019年5月份举办的竞赛中首次改为“双8”字型轨迹，较之前的单“8”字型难度明显提升。

但，绕桩轨迹的变化，根本上来说只是凸轮廓的变化[1]，然而，目前我们能检索到的文章，仅少部分有其独特完整的方法[2]，大部分仅是对凸轮廓的生成方法或模型建立的简短说明[3~4]，就该比赛赛题规则及其善变而言，没有很强的针对性和普适性等而显得单薄[5]；就后续的过程而言，缺少材料选取与检验分析等[6]而显得后继乏力。

这篇文章体系完备、结构合理、选材恰当。

这种凸轮机构及其设计方法能轻松应对赛题变化，具有一定的应用前景和价值。

1赛题规则解读如图1所示，中间三个圆点是障碍桩，分别标记为①、②和③。

1.1赛题特点及机构的选择如图1，假设小车从O点发车，方向如箭头所示（若未强调，均默认从此方向）。

它在绕桩②时必然向右转（以无碳小车自身来说，下同），绕桩①时必然向左转……表面上看，小车绕完3根桩是一个周期，但实际却不是；而且，在绕奇数号桩与绕偶数号相比，所要走的路程也有很大不同。

因此可得到如下事实：(1)一般情况下，小车绕过如图1所示三个障碍桩为两个周期；(2)一般情况下，小车绕过奇数号桩比绕偶数号桩，要走过更长的路程。

图1赛场俯视图根据这一特点，可以选择不完全齿轮机构、空间四连杆机构、槽轮机构以及凸轮推杆机构等。

但，例如不完全齿轮机构，有着加工复杂，速度存在突变，有刚性冲击以及不稳定等缺点，很难保证在比赛中轨迹偏差较小；四连杆机构活动关节较多，生产及装配累计误差较大，后期的调试难度也大大增加。

摆动从动件盘形凸轮机构刚好克服以上关键性缺点；另外，还能对其轨迹进行较为灵活的规划，而且稳定性较好。

1.2轨迹的规划与表达式的确定能完成比赛的绕桩轨迹并不唯一，所以首先需要对小车行走轨迹进行规划。

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
97
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)

基于MATLAB的“长征”路线无碳小车设计与仿真

基于MATLAB的“长征”路线无碳小车设计与仿真目录1. 项目概述 (3)1.1 项目背景 (3)1.2 目标与意义 (4)1.3 项目范围与限制 (5)2. 理论基础 (7)2.1 电动汽车技术 (8)2.2 MATLAB在控制系统设计中的应用 (9)2.3 长征路线特点分析 (10)3. 设计原则与要求 (11)3.1 性能指标 (12)3.2 安全性要求 (13)3.3 环保与可持续性 (14)4. 长征路线小车设计 (16)4.1 总体设计方案 (17)4.2 动力系统设计 (18)4.3 控制系统设计 (20)4.4 车身结构设计 (22)4.5 电气系统设计 (23)4.6 传感器与执行器设计 (25)5. MATLAB仿真与验证 (26)5.1 仿真模型建立 (28)5.2 动力学仿真 (29)5.3 控制策略仿真 (30)5.4 稳定性与性能分析 (32)5.5 优化与仿真结果对比 (33)6. 测试方案与实验 (34)6.1 测试设备与环境 (36)6.2 测试流程设计 (38)6.3 数据采集与分析 (39)6.4 测试结果与讨论 (40)7. 环境影响评估 (42)7.1 碳排放分析 (44)7.2 能源效率 (45)7.3 生态影响 (46)7.4 社会经济影响 (47)8. 结论与展望 (48)8.1 项目总结 (49)8.2 设计创新点 (51)8.3 存在的问题 (52)8.4 未来发展方向 (53)1. 项目概述本项目旨在设计与仿真一款基于的无碳小车，其任务是在模拟的“长征”路线环境中进行导航和避障。

“长征”路线被定义为一个复杂的道路场景，包括不同类型的路面、交通标志、行人以及其他道路使用者。

该小车的目标是自主导航，并能够在模拟环境中实现无碳行驶，即采用电力作为其动力源，摒弃传统的化石燃料发动机。

设计目标包括确保小车的稳定性、动力性能、转向控制以及传感器的准确性和可靠性。

基于MATLAB的无碳小车轨迹优化

0引言
全国大学生工程训练综合能力竞赛[1]已经成功举办
四届，吸引全国众多重点院校参与其中，有效地培养了大
学生动手实践、运用理论知识的能力。由于“8”字形小车[2]，
对尺寸设计、机械加工的精度要求较高，为避免主要尺寸
误差对小车运行轨迹造成较大误差，本文在利用解析法[3]
建立小车转向以及运行轨迹的数学模型[4]，并利用MATLAB
车内部结构并阐述其工作原理，并利用解析法得到小车转向机构以及运行轨迹的数学模型。为对小车参数进行优化以得出
最优值，根据建立的数学模型，利用MATLAB对小车单周期以及多周期运行轨迹进行运动仿真，得出最优值结果r=0.005
35m，b=0.01345m。
关键词：无碳小车；运动方程；轨迹仿真；参数优化
中图分类号:TH 122;TP 391.9
car is illustrated. The mathematical model of the steering shaft and running track which is based on the analytical
method is completed. According to the established model, the simulation of the running track with multicycle is
对小车运行轨迹进行仿真[5]，在得出单周期小车最优尺寸
的前提下，为减小累积误差，对小车进行多周期仿真，最
终得出小车参数最优值，为无碳小车的设计提供了有效
的参考。
1 工作原理分析
所设计的无碳小车具体结构如图1所示。小车整体机
构主要分为驱动部分和换向部分，且均由线轴驱动。当重

一种基于matlab计算的无碳小车设计

科学技术创新一种基于m at l ab 计算的无碳小车设计李海华何宗志张毅李文慧李秋妍(河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003)1比赛形式及场地规格1.1比赛形式势能驱动车(以下称为无碳小车)所使用的能量均由重物重力势能转换而得,不得使用任何其它形式的能量。

重力势能由自行设计制造的1kg ±10g 重物下降300±2mm 高度获得。

比赛方式,比赛形式由环形S 、八字S 、综合(环形+八字)三种运行方式组成,不同的运行方式使用不同的难度系数(即记录的分值不同)。

比赛路线见图1环形赛道。

图1环形S 赛道1.2场地规格无碳小车运行场地为5200mm*2200mm 的长方形平面区域。

如图所示,图中粗实线为边界挡板和中间隔板,中间有长1000mm 的缺口,缺口处的隔板中心线可以放一块活动隔板(如图1所示),活动隔板和中间隔板的厚度不超过12mm ;赛道上的点画线为赛道中心线,用于计量运行成绩以及判定有效成功绕桩;驱动车必须放置在发车区域内,并在发车线后按照规定的出发方向发车,前行方向为逆时针方向;在赛道中心线上放置有障碍物(桩)(如图1所示的圆点),障碍桩为直径20mm 、高200mm 的圆棒,障碍桩间距指两个障碍桩中心线之间的距离2无碳小车的主要结构形式2.1能量来源2.1.1重锤的制造:选用不锈钢棒料通过密度计算出所需体积,通过车床加工出1Kg ±10g 的重锤(已计入固定铝支座及螺丝的重量),并车倒角,防止在装拆时被重锤划伤。

重力势能通过自主设计制造的1kg ±10g 重锤下降300±2mm 高度获得。

2.1.2重锤上绕线方式的创新点设计:重锤上的导线轮采用单边固定(见图2中的重锤),目的是方便绕线,重锤上加导线轮[1],增长绕线长度(根据动滑轮原理,理论上可增长一倍绕线长度,即原来的300mm 的线长可增加到600mm ),增加绕线长度的好处就是当主动轮走的圈数过多时(即行驶长度足够长),若线的长度有限(仅有300mm ),则固定线的绕线轮的直径需要做的较小,但是绕线轮的直径越小越不好加工且有可能出现比绕线轮所在轴直径还小。

“8”字形无碳小车轨迹分析及结构设计

171中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.08 （上）竞赛要求无碳小车以1千克重的标准砝码的重力势能为驱动，不得使用其他形式的动力来源；具有自动转向功能并且转向机构可调，适用于各种场地；自主设计结构参数并选材制作；小车为三轮结构，一个轮子为转向轮，两个轮子为行走轮；能够精确绕一定距离的两个障碍物以“8”字形轨迹运动，不出界，不撞倒障碍物。

1 轨迹设计本文根据竞赛要求对小车的行驶轨迹进行了具体设计，特别是转向的设计，得到了结构的部分设计参数。

设计轨迹如图1。

图1 无碳小车轨迹图图1中最粗实线是主动轮轨迹，相当于车身的一个参考边界，轨迹是一大一小两个圆弧（相当于“8”字形）加上转向圆弧轨迹；较粗实线是转向轮的轨迹，为了提高转向的灵活性，安装在车身轴线上，所以其轨迹是两个等大的圆弧，理论上转向轮可安装在两个行走轮之间任意位置，那么其轨迹也随之改变为一大一小的“8”字形；细实线为从动轮的轨迹，其与主动轮正好相反，两者时刻平行，相互交替，同时作为车身的另一个参考边界。

车身参考边界要严格控制，车身尺寸要与轨迹结合设计，如图1所示，主动轮与从动轮之间的平行间距决定了实际车体的主动轮与从动轮的间距，根据主、从动轮的间距设计出车身宽度，由此得到车身边界，根据边界合理控制车身与障碍物间距。

如果精度允许，可取小间距，否则轨迹会出现误差，碰倒障碍物的概率越大。

主动轮作为最小边界时是在轨迹的左边，当小车转向，运行到另外一侧时，主动轮交替成为最大参考边界，从动轮成为最小参考边界。

在设计车体结构时要同时考虑车身两边的边界与障碍物的间距，轨迹越小，小车理论运行的“8”字形个数越多，同时对小车的设计、制作精度要求越高。

转向角度对轨迹大小也有影响（转向轮与车身轴线的夹角），夹角越大轨迹越小，周期里程越短，夹角越小，则情况反之。

本机构设计夹角为30°，理论上夹角应在90°以内，实际一般在45°以内。

无碳小车的创新设计及仿真

无碳小车的创新设计及仿真樊晓帅;廖显羲;马坤武;李晓舟;纪思国【摘要】教育部高等教育司为了加强全国大学生的动手能力,创新意识,知识运用,开展了第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛.基于第五届全国大学生综合能力竞赛,设计了一种以重力驱动且可走‘S’轨迹的无碳小车.针对小车设计思路、基本原理来进行讲解说明,并运用Matlab、CATIA、Solid Works等软件对小车进行模拟仿真.验证了设计理论,为小车的加工、装配提供理论依据.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】3页(P76-78)【关键词】无碳小车;传动;转向;轨迹;仿真【作者】樊晓帅;廖显羲;马坤武;李晓舟;纪思国【作者单位】长春理工大学机电工程学院,长春130022;长春理工大学机电工程学院,长春130022;长春理工大学机电工程学院,长春130022;长春理工大学机电工程学院,长春130022;长春理工大学机电工程学院,长春130022【正文语种】中文【中图分类】TH1220 引言根据第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题一，设计一种无碳小车，驱动其行驶及转向的能量均来源于1 kg重物的垂直下落（400±2）mm的能量[1]。

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[2]。

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参赛学生自主完成。

经现场公开抽签，在200～300 mm范围内产生一个“S”型赛道第一轮障碍物间距变化值和变化方向。

竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，见图1。

赛道宽度为2 m，障碍物为直径20 mm、高200 mm的圆柱棒，沿赛道中线从距出发线1 m处开始按间距1 m摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。

MATLAB计算可视化

实验报告实验3: 二维和三维绘图该实验作业设计教会学生基本的绘图操作（二维、三维、二维半），多层图、双y图和子图等的做法，图形的线型、轴等的控制。

你会发现通过适当的可以很好的控制绘制出曲线或者曲面图以反映更加丰富的信息。

一、实验目的：1．掌握MATLAB基本的二维图形绘制函数。

2．掌握坐标轴的控制。

3．掌握图形的标注。

4. 掌握绘制三维曲线的方法；5. 掌握绘制三维网格图和三维曲面图的方法；二、实验内容1．用 hold on 命令在同一图形窗口绘制曲线 y1=sin(t)，y2=sin(2t) y3=sin(3t)，其中 t=[0 10]。

创建.m文件。

1）看t的数据点个数对后面绘图的影响（如11个、51个等，大概多少曲线看着是连续曲线）。

2）绘制线图，线型分别用实线、虚线、点划线，颜色粉笔使用红、绿、蓝，并且控制线的粗细为2。

%mt=linspace(0,10,199);y1=sin(t);y2=sin(2*t);y3=sin(3*t);plot(t,y1,'r-','LineWidth',2);hold on;plot(t,y2,'g--','LineWidth',2);hold on;plot(t,y3,'b.-','LineWidth',2);2．要求绘制2行2列的子图，在四个区间上分别绘制, , ,四条曲线。

，图框box的on和off，均要有图名（表明轴是normal还是tight，box是on还是off），x、y轴标注'x''y'；且绘制的图形可以导出pdf矢量图和分辨率200dpi 的tiff栅格图到当前目录（此要命令，不用插入图片到文档）。

x=linspace(0,12,9999);y1=0.1*exp(0.1*x)+sin(5*x);y2=0.2*exp(0.2*x)+sin(5*x+pi/4);y3=0.3*exp(0.3*x)+sin(5*x+3*pi/4);y4=0.4*exp(0.4*x)+sin(5*x+3*pi/4);subplot(2,2,1),plot(x,y1,'y-')%绘制2x2子图的第一张图axis('tight'),title('tight box off')%输出的图像轴为紧凑数据，图名为tight box offbox off%显示图形无四周边框xlabel('x'); %x轴名称为xylabel('y'); %y轴名称为ysubplot(2,2,2),plot(x,y2,'r-')axis('normal'),title('normal box off')box offxlabel('x');ylabel('y');subplot(2,2,3),plot(x,y3,'g-')axis('normal'),title('normal box off')box offxlabel('x');ylabel('y');subplot(2,2,4),plot(x,y4,'b-')axis('normal'),title('normal box off')xlabel('x');ylabel('y');box off;print('D:\MATLAB文件\p.pdf','-dpdf','-loose')%输出分辨率为pdf格式的矢量图像print('D:\MATLAB文件\j.jpeg','-djpeg','-r900','-loose')%输出分辨率为300dpi的jpeg栅格图像3. 根据MATLAB绘图环境，选择具体的命令绘制双y轴图。

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。

无碳小车论文

“无碳小车”的设计及体会作者：徐攀刘晋昌乔斌（中北大学机械与动力工程学院）摘要：通过对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题的解读，根据其要求并结合自己的选择，设计一种行走轨迹为“S”的能避障并由一定规格的重物提供重力势能驱动前行的“无碳小车”，结合对小车的预期功能仔细、认真地分析和有关资料的查询，将小车的功能模块化，然后对每个模块进行具体的设计并整合汇总得出具体的尺寸并完成三维建模以观效果，最后将设计制作成实物并根据实际情况进行改进。

从整体的流程以及结果来看，小车的设计还是令人满意的，并且我们从中熟悉了机械设计的一般流程，体会到机械设计并非一定是从无到有的过程，在借鉴中进行改良、求创新也是可取的。

关键词：无碳小车；查阅资料；模块化；设计；体会1、命题解读本届竞赛命题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”。

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为小车示意图。

图1 无碳小车示意图具体要求有①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。

②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。

③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。

竞赛项目经现场公开抽签，在700～1300mm范围内产生一个“S”型赛道障碍物间距值，在300～500mm范围内产生一个“8”字型赛道障碍物间距值。

这里选择第一个项目，可以很容易想到整车的能量利用效率、转向的精确程度至关重要。

2、查阅资料与方案设计2.1资料的查阅对于本竞赛的命题，仅靠我们现有的认知水平去解读是远远不够的，需要查阅大量的资料来熟悉命题，寻找完成命题所需要的理论依据、了解目前命题的完成状况、主要的解决方案有哪些，这一点通过查阅书籍和利用网络、询问相关师长可以完成，如果有可能，最好找到实物进行分析，这样可以得到比较直观的感受，对后期的设计有很大的帮助。

S型轨迹无碳小车的运动与仿真分析

S型轨迹无碳小车的运动与仿真分析作者：***来源：《价值工程》2019年第19期摘要：按照工程训练竞赛中“S”型赛道的竞赛要求，我们设计了一种仅由重力驱动的无碳小车。

为提高计算精度，优化设计，我们引入matlab作为求解工具，从微分学角度分析小车的运动过程。

通过对机构设计中的相关参量的赋值改变，探究其参数对小车轨迹的影响，从而取得最优解。

我们研制的小车在第六届全国大学生工训竞赛中荣获国家二等奖，本文所建立的算法为无碳小车的改进提供一种便捷的途径，对机构运动特性的相关研究也具有一定参考价值。

Abstract： In accordance with the requirements of the "S" track in the engineering training competition， we designed a carbon-free car driven only by gravity. In order to improve the calculation accuracy and optimize the design， matlab was introduced as the solving tool to analyze the car's motion process from the perspective of differential calculus. By changing the values of the relevant parameters in the mechanism design， the influence of the parameters on the trajectory of the car is explored， and the optimal solution is obtained. The car we developed won the second prize in the sixth national university student engineering training competition. The algorithm established in this paper provides a convenient way to improve the car without carbon， and has certain reference value for the research on the motion characteristics of the mechanism.关键词：无碳小车;matlab;轨迹计算;仿真分析Key words： carbon-free car;matlab;trajectory calculation;simulation analysis0; 引言S型无碳小车避障赛是第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛的重要项目之一，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，旨在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。

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a1 a1=0.08;%驱动轮B与转向轮横向偏距a2 a2=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;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;hold on end2.仿真路径Welcome To Download !!!欢迎您的下载，资料仅供参考！。

一种S 型无碳小车的轨迹及参数设计

假设 p(x,y) 为轨迹上任意一点，由微
分法
,
;车
身转过角度
，驱动轴转过角度
，行驶距离
。进一步
得出任意参考点处的运动关系方程式
（6）
从而完成了小车运动模型的建立。
4 运动轨迹仿真
利用 Matlab 编写程序对其经行仿真分析，从而可定出具体各个参数的值。考虑到加工制作误差与精度的保证有一定的较大的困难性，因此应该选取最佳范围，结合实际加工经行微调，从而最终达到理想的轨迹路线，见图 6。
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
时代汽车
一种 S 型无碳小车的轨迹及参数设计
熊藜杨星杨冰娄松重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆市 400074
摘要：本文根据本次工程训练大赛 S 型无碳小车的设计要求，通过对竞赛任务的分析与研究，完成了小车的轨迹设计、具体参数以及后期制作中总结出了的调试方法。通过 Matlab 软件对运动轨迹进行了编程与仿真，确定出小车曲柄长度、连杆长度以及前车轮距连杆的垂向距离之间的关系。最终制作出的小车具有运行平稳、行驶速度慢，行驶距离长等特点。
3.1 总体机构设计根据机构的构成方式把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，从而进行模块化设计。这种构成方式更合理的利用的砝码的重力势能，有效减少了能量的损耗。小车结构简图如图 2 所示。
图 2 小车结构简图ab dL来自r12 设计要求
本次大赛的竞赛题目命名为“以重力势能驱动的具有自动方向控制功能的避障小车竞赛”。自主设计并制作一种具有方向控制功能的自行小车，要求其行走过程中完成所有动作所需的能量均由给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为