一种现场可调节的拼接式凸轮小车装置及方法

本发明涉及无动力小车，特别是涉及一种现场可调节的拼接式凸轮小车装置及方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，能源消耗日益增长，全球气温不断上升，人类居住的环境越来越恶劣，人们已经认识到节能环保的重要性，倡导低碳生活，减少环境污染、改善空气质量和减少碳排放是应对全球变暖的必然选择，节能减碳是中国经济结构转型的必然道路。加快新能源开发，提高可再生能源利用比例、摆脱对化石能源的依赖，降低能源消耗，对推进我国经济社会绿色低碳发展有重要意义。

2、在此背景下，无碳小车已成为大学生科技创新竞赛的重要赛事。无碳小车分为热能小车和势能小车两种，其中势能小车是通过重物下落的重力势能转变为小车行进的动能，热能小车则主要以外燃机为能量来源，通过能量转换实现行走功能。

3、无碳小车运行轨迹主要有“s型”、“8字型”、“s环”、“双8字”和“综合”等，不同的运行轨迹需通过转向机构实现，转向机构是无碳小车实现按预期轨迹行走的关键部件，转向机构的设计一般是在理想状态下通过轨迹仿真或轨迹曲线计算而来的，而转向机构又是无碳小车上最重要的部分，转向机构设计的优劣直接决定了小车能否顺利实现预期轨迹的绕桩避障从而实现完整轨迹的行走。现有的无碳小车转向机构主要有曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、正弦机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮机构等。

4、对于复杂的运行轨迹一般都是通过凸轮机构进行转向，但是凸轮轮廓计算复杂，准确度相对较低，需要现场不断的调试和修正凸轮，而现有的小车凸轮修正困难，且桩距或轨迹发生变化时需要拆装小车更换新的凸轮，非常麻烦。

5、目前尚缺一种现场调试方便快捷、无需更换凸轮、方便现场修正小车运行轨迹且转向精度高的凸轮小车。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种现场可调节的拼接式凸轮小车装置及方法，此拼接式凸轮小车能够适应复杂轨迹的运行，且方便现场调节以保证运行轨迹的精确，无需拆装更换凸轮，以解决上述背景中提出的问题，简化设计及装配、降低小车造价、确保小车可按预定轨迹行走避障。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：1、一种现场可调节的拼接式凸轮小车装置，它包括车架、动力输入带轮、传动机构、转向机构、微调机构、轨迹修正机构、离合机构和推桩机构；所述动力输入带轮通过传动机构与转向机构相配合，所述传动机构固定在车架上，所述微调机构安装在转向机构上，所述轨迹修正机构安装在转向机构的前端，所述离合机构安装在车架上，所述推桩机构安装在车架前端。

3、所述动力输入带轮通过轴承安装在传动机构的传动轴上，所述动力输入带轮为双联带轮，将动力输入到大带轮上，然后通过双联的小带轮将动力传递至传动机构和转向机构上。

4、所述传动机构包括主动轮、从动轮、传动轴、皮带轮、过渡轮、过渡轮支架、张紧轮、张紧轮架和传动皮带，所述主动轮通过顶丝固定安装在传动轴的右端，所述从动轮通过轴承安装在传动轴的左端并能够自由转动，所述传动轴通过轴承安装在车架后端，所述皮带轮通过顶丝固定安装在传动轴上，所述过渡轮通过过渡轮支架安装在离合机构的离合器前支架上，所述张紧轮通过张紧轮架安装在离合机构的离合器长轴上，所述传动皮带一端绕在动力输入带轮的小带轮上，通过过渡轮绕在皮带轮上并通过张紧轮将传动皮带张紧。

5、所述转向机构包括支架、涡轮、蜗杆、涡轮轴、拼接式凸轮、凸轮推杆、橡胶圈、前轮、前叉、前轮轴和转轴，所述支架通过螺栓固定安装在车架前端，所述蜗杆固定安装在传动轴上，所述涡轮固定安装在涡轮轴上，所述涡轮与蜗杆啮合传动，所述涡轮轴通过轴承安装在支架上，所述拼接式凸轮通过顶丝固定安装在涡轮轴的上端，所述凸轮推杆安装在微调机构的微调支架上，所述橡胶圈的一端固定安装在支架上，另一端套在微调支架和螺旋测微器支架上，通过调节橡胶圈的松紧，使凸轮推杆与拼接式凸轮的外轮廓始终压紧接触，确保拼接式凸轮可有效推动凸轮推杆带动前轮进行转向，所述前轮固定安装在前轮轴上，所述前轮轴通过轴承安装在前叉上，所述前叉与转轴通过顶丝固定连接并通过轴承安装在支架前端。

6、所述所述拼接式凸轮由多张凸轮片拼接而成，每一张凸轮片采用硬质卡片切割而成，拼接式凸轮上的每一张凸轮片都对应一段轨迹，根据小车绕桩规则规划的运行轨迹分为左转弯轨迹、右转弯轨迹和直线轨迹，根据每一段轨迹推导出该段轨迹所对应的凸轮片形状；

7、将规划好的轨迹按规律进行分段依次推导出每段轨迹对应的凸轮片轮廓，然后将所有的轨迹合并成小车行走的轨迹并将对应的凸轮片拼接在凸轮基盘上，凸轮基盘上有一圈磁性片，每一片凸轮片放置好后通过磁铁固定，当障碍桩的桩距发生变化时，通过调节对应处凸轮片之间的重合度即可调整小车的转向和行走的直线距离，不需要更换凸轮。

8、所述微调机构包括微调支架、螺旋测微器支架和螺旋测微器，所述微调支架通过顶丝固定安装在转轴的上端，所述螺旋测微器支架通过顶丝固定安装在转轴上并位于微调支架上方。

9、所述轨迹修正机构包括修正盘和修正架，所述修正架通过螺钉固定安装在转向机构的前端，所述修正盘为一圆盘并带有一根长轴，所述修正盘通过轴承安装在修正架上并能够自由转动，每当拼接式凸轮小车行走一个周期的运行轨迹后，通过轨迹修正机构上的修正盘擦触竞赛场地边界板时就会清除小车运行过程中的累积误差。

10、所述离合机构包括离合器后支架、离合器前支架、离合器长轴、离合器锁块、离合器拨杆、销轴、离合器操纵杆、弹簧和弹簧挡块，所述离合器后支架通过螺钉固定安装在车架后端，所述离合器前支架通过螺钉固定安装在车架前端，所述离合器长轴分别安装在离合器前支架和离合器后支架上的轴孔内，且离合器长轴能够在轴孔内轴向滑动，所述离合器锁块通过顶丝固定安装在离合器长轴上，所述离合器拨杆通过销轴安装在离合器后支架上并能够沿销轴转动，所述离合器拨杆的前端为勾状，以便操作时快速勾住和松开离合器锁块使传动皮带处于松弛和张紧状态，所述离合器操纵杆固定安装在离合器拨杆上，拉动离合器长轴向后移动并操作离合器操纵杆可使离合器拨杆勾住离合器锁块使传动皮带处于松弛状态，当动力输出稳定后操作离合器操纵杆使离合器拨杆松开进而使传动皮带张紧并传动动力，所述弹簧通过弹簧挡块安装在离合器长轴的前端，起到复位作用，所述弹簧挡块通过顶丝固定安装在离合器长轴前端。

11、所述推桩机构包括挡片和挡片架，所述挡片架固定安装在车架前端，所述挡片固定安装在挡片架前端，挡片的下端距离地面具有一定高度，当小车行进过程中遇到障碍桩倒了，挡片能够将障碍桩推至一旁，防止障碍桩进入小车底部之后将小车卡死。

12、采用拼接式凸轮小车装置制作凸轮及现场进行轨迹调节的方法，它包括以下步骤：

13、步骤1：轨迹设计，根据障碍桩的桩距设计小车运行的轨迹，然后将轨迹分割成多段左转弯轨迹、右转弯轨迹和直线轨迹，根据每一段轨迹推导出行驶该段轨迹所需的凸轮片形状；

14、步骤2：拼接凸轮，将各段轨迹合并成一个完整的小车运行轨迹，然后将对应的凸轮片拼接在凸轮基盘上并通过磁铁固定，拼接式凸轮制作好之后安装在小车上；

15、步骤3：运行轨迹，将小车装置放置在起点位置后，拨动离合器操纵杆使离合器拨杆勾住离合器锁块使传动皮带处于松弛状态，当动力源稳定输入到动力输入带轮后，再拨动离合器操纵杆使离合器拨杆松开离合器锁块使传动皮带处于张紧状态，小车按预定轨迹前行；

16、步骤4：调节凸轮，当障碍桩的间距发生变化时，调整对应处凸轮片之间的重合度，即可调整小车的转向和行走的直线距离，从而保证小车运行轨迹的精确；

17、步骤5：再次让调整后的拼接式凸轮小车运行轨迹，检验小车运行的轨迹是否符合预期规划的轨迹，再根据实际情况进行相应的调整，最终即可得到拼接式凸轮使小车装置按预期的轨迹精确运行绕桩避障。

18、本发明有如下有益效果：

19、1、本发明为一种现场可调节的拼接式凸轮小车，通过将小车运行的轨迹按规律进行分段，然后将分段轨迹的凸轮形状推导出来，然后将轨迹和凸轮形状拼接出来，可简单、快速的制作出小车转向机构上的凸轮形状，无需对整个复杂的轨迹进行仿真和理论计算，简化凸轮的设计和制作。

20、2、上述拼接式凸轮小车结构简单，稳定性好，当障碍桩间距发生变化时可根据变化调节相应的凸轮片之间的重合度及形状即可改变小车运行的轨迹，现场调节非常简单方便，不需要更换新的凸轮。

21、3、上述拼接式凸轮小车设计有轨迹修正机构，每当小车行走一个周期的运行轨迹后通过轨迹修正机构擦触竞赛场地的边界板即可消除小车运行过程中转向积累的误差，避免累积误差带来的轨迹运行偏差。

22、4、上述拼接式凸轮小车设计有离合机构，当动力输入不稳定时，锁紧离合机构可使传动皮带处于松弛状态，小车静止不动，当动力输入稳定后，松开离合机构可使传动皮带张紧带动小车前行。