本實(shí)用新型涉及一種驅(qū)動(dòng)小車，具體涉及一種重力勢能驅(qū)動(dòng)的非金屬蜿蜒蛇型避障小車。

背景技術(shù)：

目前重力驅(qū)動(dòng)小車主要應(yīng)用于短程運(yùn)輸，玩具制作等方面。

各種小車的動(dòng)力來源主要來自于電能、重力勢能、彈性勢能等。重力勢能是最容易獲取的一種動(dòng)力，在實(shí)際應(yīng)用中，小車行程不長的情況下，最為方便的動(dòng)力來源就是重力。小車在行走過程中遇到固定障礙物時(shí)需要避開，可以在小車上加上轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使其在固定地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，避開障礙物，對轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行改變也可使“S形”變?yōu)椤?形”，實(shí)現(xiàn)小車的循環(huán)走動(dòng)，這個(gè)功能在玩具中有很大實(shí)用價(jià)值。

目前小車的制作材料大都離不開金屬，金屬材料的優(yōu)點(diǎn)是：硬度高、穩(wěn)定，承受力強(qiáng)等；缺點(diǎn)是：成本高、重量大、加工不易等。如果選用合適的非金屬材料，就可以在滿足強(qiáng)度，硬度等條件下彌補(bǔ)金屬材料的不足。如玻璃纖維、碳纖維等，都可以代替部分小車金屬零件。在零件加工方面可以選用3D打印技術(shù)，既可保證加工質(zhì)量，又可提高加工效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種重力勢能驅(qū)動(dòng)的非金屬蜿蜒蛇型避障小車，它可以將重力勢能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力，并在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)蛇形走位。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型的三根碳纖維桿等距布置，三根碳纖維桿的一端分別經(jīng)三角支撐件垂直安裝在車架上，三根碳纖維桿的另一端與三角懸掛件連接，三角懸掛件上面的兩個(gè)定滑輪固定架間安裝有定滑輪，牽引線的一端與位于三根碳纖維桿內(nèi)的重錘連接后構(gòu)成原動(dòng)機(jī)構(gòu)；牽引線的另一端與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的繞線裝置凹槽連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在車架上，并位于原動(dòng)機(jī)構(gòu)的后面，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝在車架的一側(cè)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的曲輪中心連接，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的輸出驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)；車架為矩形板，矩形板切去一個(gè)角后，矩形突出部分的邊緣中間開有缺口，缺口內(nèi)放置前輪叉。

所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、驅(qū)動(dòng)軸、繞線裝置、輸出軸支撐架、中間軸支撐架、三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架、從動(dòng)輪支撐架和從動(dòng)輪軸；從動(dòng)輪支撐架和三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架從左至右依次垂直裝在車架上，從動(dòng)輪軸安裝在從動(dòng)輪支撐架上面的孔中，驅(qū)動(dòng)軸安裝在三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架上面的孔中，左面兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架內(nèi)側(cè)面分別裝有輸出軸支撐架和中間軸支撐架，中間軸和輸出軸均安裝在裝有輸出軸支撐架和中間軸支撐架之間，驅(qū)動(dòng)軸上裝有第一齒輪和繞線裝置，中間軸上裝有第三齒輪和第二齒輪，輸出軸上裝有第四齒輪，第一齒輪和第二齒輪嚙合，第三齒輪和第四齒輪嚙合構(gòu)成二級(jí)減速齒輪機(jī)構(gòu)，動(dòng)力由傳輸出軸與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的曲輪中心連接，輸出軸上裝有主動(dòng)輪，從動(dòng)輪軸上裝有從動(dòng)輪。

所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括：前輪、前輪叉、“Z”形轉(zhuǎn)向固定件、滑塊、曲輪、微調(diào)軸、第一連桿、連桿支撐座、固定件、第二連桿、第三連桿、第四連桿和球軸承連接件；曲輪中心與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸連接，曲輪半徑上開有通槽，微調(diào)軸的一端安裝在通槽內(nèi)，微調(diào)軸的另一端與第一連桿的一端連接，第二連桿的一端穿過連桿支撐座的軸承與第一連桿的另一端球軸承連接件連接，第二連桿的另一端與固定塊固定，固定塊下端伸出軸與第三連桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三連桿的另一端與滑塊滑動(dòng)連接，第四連桿的一端與滑塊連接，第四連桿的另一端穿過“Z”形轉(zhuǎn)向固定件一端后與前輪叉連接，前輪叉內(nèi)裝有前輪，“Z”形轉(zhuǎn)向固定件另一端安裝在車架上。

本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是：

1、無電機(jī)驅(qū)動(dòng)。小車在任何環(huán)境下都可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，動(dòng)力來源為將重力勢能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力。

2、蛇形走位。小車能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，可以避開固定障礙物。

3、非金屬材料制作。小車的制作材料除螺栓螺母和軸承外，只采用玻璃纖維，碳纖維等非金屬材料；

4、制作過程簡單。小車的零件均由3D打印提供，大大簡化了制作過程，同時(shí)3D打印技術(shù)具有很強(qiáng)的可控性，靈活性大，可隨時(shí)更改設(shè)計(jì)，修改不足；

5、重量小。小車整體均由非金屬材料制作，大大減輕了重量，同時(shí)也減少了能量損耗；

6、成本低。小車制作成本在130元左右，比金屬材料制作的小車要節(jié)省一大半費(fèi)用。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的原動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的二級(jí)減速機(jī)構(gòu)放大示意圖。

圖5是本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖。

圖6是本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)左側(cè)視圖。

圖7是本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)右側(cè)視圖。

圖8是小車運(yùn)動(dòng)軌跡圖。

圖中：1、車架，2、主動(dòng)輪，3、從動(dòng)輪，4、主動(dòng)輪連接件，5、從動(dòng)輪連接件，6、第一齒輪， 7、第二齒輪，8、第三齒輪，9、第四齒輪，10、輸出軸，11、輸出軸支撐架，12、中間軸，13、中間軸支撐架，14、前輪，15、前輪叉，16、“Z”形轉(zhuǎn)向固定件，17、繞線裝置，18、三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架，19、碳纖維桿，20、軸承，21、三角支撐件，22、三角懸掛板，23、定滑輪，24、定滑輪固定架，25、滑塊，26、驅(qū)動(dòng)軸，27、軸，28、曲輪，29、微調(diào)軸，30、第一連桿，31、連桿支撐座，32、固定件，33、第二連桿，34、重錘，35、第三連桿，36、第四連桿，37、球軸承連接件，38、從動(dòng)輪支撐架，39、從動(dòng)輪軸，40、牽引線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

如圖1、圖2、圖5所示，本實(shí)用新型的三根碳纖維桿19等距布置，三根碳纖維桿19的一端分別經(jīng)三角支撐件21垂直安裝在車架1上，三根碳纖維桿的另一端與三角懸掛件22連接，三角懸掛件22上面的兩個(gè)定滑輪固定架24間的軸27上安裝有定滑輪23，牽引線40的一端與位于三根碳纖維桿19內(nèi)的重錘34連接后構(gòu)成原動(dòng)機(jī)構(gòu)；牽引線40的另一端與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的繞線裝置17凹槽連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在車架1上，并位于原動(dòng)機(jī)構(gòu)的后面，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝在車架1的一側(cè)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸10與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的曲輪28中心連接，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的輸出驅(qū)動(dòng)前輪14轉(zhuǎn)動(dòng)；車架1為矩形板，矩形板切去一個(gè)角后，矩形突出部分的邊緣中間開有缺口，缺口內(nèi)放置前輪叉15。

如圖1、圖3、圖4、圖6、圖7所示，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：主動(dòng)輪2、從動(dòng)輪3、第一齒輪6、第二齒輪7、第三齒輪8、第四齒輪9、驅(qū)動(dòng)軸26、繞線裝置17、輸出軸支撐架11、中間軸支撐架13、三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架18、從動(dòng)輪支撐架38和從動(dòng)輪軸39；從動(dòng)輪支撐架38和三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架18從左至右依次垂直裝在車架1上，從動(dòng)輪軸39安裝在從動(dòng)輪支撐架38上面的孔中，驅(qū)動(dòng)軸26安裝在三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架18上面的孔中，左面兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架18內(nèi)側(cè)面分別裝有輸出軸支撐架11和中間軸支撐架13，中間軸12和輸出軸10均安裝在裝有輸出軸支撐架11和中間軸支撐架13之間，驅(qū)動(dòng)軸26上裝有第一齒輪6和繞線裝置17，中間軸12上裝有第三齒輪8和第二齒輪7，輸出軸10上裝有第四齒輪9，第一齒輪6和第二齒輪7嚙合，第三齒輪8和第四齒輪9嚙合構(gòu)成二級(jí)減速齒輪機(jī)構(gòu)，動(dòng)力由傳輸出軸10與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的曲輪28中心連接，輸出軸10上裝有主動(dòng)輪2，從動(dòng)輪軸39上裝有從動(dòng)輪3。

如圖1、圖3、圖5所示，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括：前輪14、前輪叉15、“Z”形轉(zhuǎn)向固定件16、滑塊25、曲輪28、微調(diào)軸29、第一連桿30、連桿支撐座31、固定件32、第二連桿33、第三連桿35、第四連桿36和球軸承連接件37；曲輪28中心與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸10連接，曲輪28半徑上開有通槽，微調(diào)軸29的一端安裝在通槽內(nèi)，微調(diào)軸29的另一端與第一連桿30的一端連接，第二連桿33的一端穿過連桿支撐座31的軸承20與第一連桿30的另一端球軸承連接件37連接，第二連桿33的另一端與固定塊32固定，固定塊32下端伸出軸與第三連桿35的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第三連桿35的另一端與滑塊25滑動(dòng)連接，第四連桿36的一端與滑塊25連接，第四連桿36的另一端穿過“Z”形轉(zhuǎn)向固定件16一端后與前輪叉15連接，前輪叉15內(nèi)裝有前輪14，“Z”形轉(zhuǎn)向固定件16另一端安裝在車架1上。

本實(shí)用新型的工作原理：

如圖1所示，原動(dòng)機(jī)構(gòu)的重錘34沿由三角支撐件21和三角懸掛件22固定的碳纖維桿19軌道下降，重錘34的上端系有牽引線40，牽引線40繞過定滑輪23，牽引線40的另一端繞在固定于驅(qū)動(dòng)軸26上的繞線裝置17凹槽中，重錘34下降的同時(shí)通過牽引線40帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸26轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸26將動(dòng)力一部分傳到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪2，使小車向前走動(dòng)；一部分通過二級(jí)減速齒輪機(jī)構(gòu)中的輸出軸10傳到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)通過滑塊25上的第四連桿36帶動(dòng)前輪14轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車轉(zhuǎn)向。

如圖2所示，所述的原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是繩動(dòng)式，采用三根直徑6mm，長度400mm的19碳纖維桿作為支撐管，碳纖維桿呈正三角分布。三根碳纖維桿與車架1之間用三角支撐件21連接，使三根碳纖維桿的固定更為穩(wěn)定。三根三根碳纖維桿頂部再用三角懸掛板22連接，使碳纖維桿呈豎直方向，重錘34可以在三根碳纖維桿所形成的軌道中依靠重力下降。在三角懸掛板22上再放置一個(gè)定滑輪23和定滑輪固定架24固定定滑輪的裝置，用來繞連接重錘34和傳動(dòng)裝置的牽引線40。

如圖3、圖4所示，所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)軸26和二級(jí)減速齒輪機(jī)構(gòu)組成，用來將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上。驅(qū)動(dòng)軸26用三個(gè)驅(qū)動(dòng)軸支撐架18固定，驅(qū)動(dòng)軸26與驅(qū)動(dòng)軸支撐件18連接處使用軸承20，軸承20和驅(qū)動(dòng)軸26之間為過盈配合，防止驅(qū)動(dòng)軸26與軸承20相對滑動(dòng)。原動(dòng)機(jī)構(gòu)重物的下降通過牽引線40使繞線裝置17轉(zhuǎn)動(dòng)，繞線裝置17固定在驅(qū)動(dòng)軸26上，所以驅(qū)動(dòng)軸26也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)軸的一端用于連接主動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)軸的另一端添加第一齒輪6。第一齒輪6和固定于中間軸12上的第二齒輪7嚙合，固定于中間軸12上的第三齒輪8和固定于輸出軸10上的第四齒輪9嚙合。齒輪設(shè)計(jì)成二級(jí)減速，以增加小車的移動(dòng)距離。驅(qū)動(dòng)軸的動(dòng)力通過以上四個(gè)齒輪傳送到輸出軸10上，輸出軸10與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接。

如圖5所示，曲輪28中心孔與輸出軸10相連，獲取動(dòng)力，曲輪28上有槽，用來放置微調(diào)軸29，微調(diào)軸29可在槽中移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)曲柄傳動(dòng)。微調(diào)軸29另一端與第一連桿30相連，第一連桿30另一端為球軸承，與另一有球軸承的第二連桿33用球軸承連接件37相連，第二連桿33通過固定塊32與第三連桿35連接，第三連桿35可在滑塊25中移動(dòng)，并帶動(dòng)滑塊25轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)滑塊25與前輪叉15通過第四連桿36固定連接，直接帶動(dòng)前輪14的轉(zhuǎn)動(dòng)，前輪14與滑塊25間有前輪叉15和前輪叉固定件16，用來固定前輪14的位置。前輪14的轉(zhuǎn)動(dòng)使小車實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

微調(diào)軸29的作用是：通過改變微調(diào)軸29在曲輪槽中的位置，來改變小車前輪14所能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)向角度，從而使小車?yán)@過固定的障礙物。

微調(diào)軸的固定：微調(diào)軸29中心有一孔，曲輪槽在曲輪28邊緣也有一孔，用連接桿連接兩孔，從而能使微調(diào)軸29沿連接桿在曲輪槽中移動(dòng)。在確定小車前輪所需的最大轉(zhuǎn)向角度后，也就確定了微調(diào)軸29在曲輪槽中的位置。然后把微調(diào)軸29固定在連接桿上，使微調(diào)軸不再在曲輪槽中移動(dòng)。

小車所規(guī)避的障礙物是固定的，且障礙物的間距是相等的。當(dāng)小車向前走動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使小車前輪在一定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)（如-45°~ 45°，角度范圍隨障礙物的間距而確定），從而使小車實(shí)現(xiàn)蜿蜒蛇型避障。其運(yùn)動(dòng)軌跡圖，如圖8所示。

如圖6、圖7所示，主動(dòng)輪2和從動(dòng)輪3外形一樣。主從動(dòng)輪在滿足強(qiáng)度硬度需求的條件下，切除一部分材料以減輕重量。主動(dòng)輪2與驅(qū)動(dòng)軸26連接，從動(dòng)輪3與從動(dòng)軸39連接，來自驅(qū)動(dòng)軸26的動(dòng)力使主動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車向前走動(dòng)。因主動(dòng)輪2和從動(dòng)輪3必需要位于車架1兩外側(cè)，所以，在主動(dòng)輪2與驅(qū)動(dòng)軸支撐架18連接處裝有主動(dòng)輪連接件4，在從動(dòng)輪3與驅(qū)動(dòng)軸支撐架18連接處裝有從動(dòng)輪連接件5，才能使主動(dòng)輪2和從動(dòng)輪3能與地面接觸。

本實(shí)用新型的小車，除軸承和螺栓、螺母外，所有零件均采用非金屬材料，包括亞克力板，碳纖維桿，同時(shí)采用3D打印技術(shù)打印包括齒輪等較精密零件的大多數(shù)零件。與金屬制成的小車相比具有低重量、制作過程簡單等特點(diǎn)，同時(shí)成本也僅為其百分之六十左右。

上述具體實(shí)施方式用來解釋說明本實(shí)用新型，而不是對本實(shí)用新型進(jìn)行限制，在本實(shí)用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本實(shí)用新型作出的任何修改和改變，都落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。