冉滔 胡荣瀚 杨荣淼 李吉斌
摘 要：为了使S型无碳小车能够按照规定的路线行驶，本文将从小车的传动、转向及微调机构对小车进行理论设计研究。并通过Matlab软件将各设计参数进行建模仿真，最终得到完整的S型运行轨迹。
关键词：无碳小车;优化设计;运动轨迹
1 前言
S型无碳小车利用重力势能作为驱动力，将1kg砝码下降400mm所产生的重力势能转化为小车前进的动能，并通过转向机构促使小车的转向轮按照预定的S型轨道运行。考虑误差存在，对小车设置三处微调机构。通过调节曲柄半径、连杆长度以及转向装置的转角关系，使得小车按照预定轨迹行驶。
2 工作原理
根据全国大学生训练综合能力大赛给出的外部边界条件，S型赛道障碍桩等间距（1m）或不等间距（0.7-1.3cm）布置在一条直线上，因此要求无碳小车的行驶路径近似满足余弦函数曲线。参赛的无碳小车行驶性能主要是要适应赛道的表面摩擦因数特性和障碍桩的布置间距，设计的小车应考虑摩擦问题尽可能的简化机构，摩擦力对小车能否按正确轨迹行驶有重要影响。
3 设计方案
如图1为小车的工程简图，主要由传动机构、转向机构、行走机构及微调机构组成。
小车的设计方案为：传动机构采用一级齿轮（传动效率高）、转向机构采用曲柄连杆+摇杆、行走机构利用单向轴承实现两轮差速、微调机构采用调节连杆长度、曲柄半径及转向转角。
5 运行轨迹
根据障碍桩距，考虑无碳小车侧滑和加工精度等因素，计算行驶一个S形路径的理论长度，即行驶一个S形路径时车轮的路程，利用matlab实现小车轨迹仿真如图8。
由轨迹可以看出小车的理论行驶轨迹符合大赛要求的边界条件，说明设计方案合理。在实践运行时，只要合理的进行调试，就能走出正确的S型路线。
6 结束语
通过对无碳小车进行参数化设计，仿真模拟即可得到小车的运动轨迹。三处微调机构可以进行对参数的调节运动轨迹，微调机构精度越高，调解时越快越精确，更容易达到理论研究的路线。在制作应尽量减少小车内部结构误差，减小运动副的摩擦，减小传动阻力，从而减小驱动力。根据驱动力的大小改变绳轮直径以获得更长行驶距离。
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