一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，用于連接三輪小車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸與前輪，控制三輪小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡，所述的空間四桿機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在三輪小車(chē)的底板上，包括可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿和滑動(dòng)組件，所述的驅(qū)動(dòng)軸、可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿、前輪依次連接，所述的可調(diào)連桿設(shè)在滑動(dòng)組件上，所述的滑動(dòng)組件固定在底板上，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿間的連接位置，控制前輪的運(yùn)動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗小、調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三輪小車(chē)，尤其是涉及一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]三輪小車(chē)是一種不需要消耗燃料和電池存儲(chǔ)的能源，僅僅依靠重錘下落過(guò)程中生成的機(jī)械勢(shì)能產(chǎn)生動(dòng)力而驅(qū)動(dòng)行駛的小車(chē)，近年來(lái)已經(jīng)作為大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽的指定制作題目。制作題目通常為要求給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能(如下降高度為500_)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)行走、轉(zhuǎn)向的機(jī)械裝置，該小車(chē)在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道上設(shè)置的障礙物。
[0003]現(xiàn)有的三輪小車(chē)通常采用正弦轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，但有些結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，相應(yīng)的成本也比較高；有些調(diào)節(jié)精度不是很高，不能到達(dá)滿(mǎn)足周期和振幅的要求；有些機(jī)構(gòu)比較笨重，不僅增加了小車(chē)的本身質(zhì)量，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中還增加了能量的損耗，使其不能完成比賽。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗小、調(diào)節(jié)精度高的用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，用于連接三輪小車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸與前輪架，所述的前輪架與前輪固定連接，控制三輪小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡，所述的空間四桿機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在三輪小車(chē)的底板上，包括可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿和滑動(dòng)組件，所述的驅(qū)動(dòng)軸、可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿、前輪架依次連接，所述的可調(diào)連桿設(shè)在滑動(dòng)組件上，所述的滑動(dòng)組件固定在底板上，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿間的連接位置，控制前輪的運(yùn)動(dòng)。
[0007]所述的可調(diào)曲柄包括曲柄本體和定位軸承，所述的曲柄本體的一端與驅(qū)動(dòng)軸端面中心重合連接，另一端設(shè)有行程槽，所述的定位軸承設(shè)在行程槽內(nèi)，所述的曲柄本體通過(guò)定位軸承與可調(diào)連桿以滾動(dòng)副形式連接，通過(guò)調(diào)節(jié)定位軸承在行程槽內(nèi)的位置，可改變可調(diào)曲柄的使用長(zhǎng)度。
[0008]所述的可調(diào)連桿包括第一連桿、第二連桿和連接件，所述的第一連桿一端設(shè)有與定位軸承連接的滑動(dòng)槽，另一端設(shè)有螺紋孔，所述的第二連桿一端設(shè)有通孔，另一端設(shè)有用于連接可調(diào)搖桿的凹槽，所述的連接件連接在第一連桿和第二連桿間，通過(guò)調(diào)節(jié)連接件，可改變可調(diào)連桿的使用長(zhǎng)度。
[0009]所述的連接件包括調(diào)節(jié)螺栓和彈簧，所述的調(diào)節(jié)螺栓分別連接第一連桿的螺紋孔和第二連桿的通孔，所述的彈簧套設(shè)在調(diào)節(jié)螺栓上，并卡在第一連桿和第二連桿間。
[0010]所述的可調(diào)搖桿包括搖桿本體、搖桿軸承和搖桿微調(diào)螺栓，所述的搖桿本體通過(guò)螺栓與前輪架連接，所述的搖桿軸承設(shè)在第二連桿的凹槽內(nèi)，并通過(guò)搖桿微調(diào)螺栓固定，所述的搖桿本體上設(shè)有與搖桿軸承連接的滑動(dòng)槽，所述的搖桿本體與搖桿軸承以滾動(dòng)副形式連接，通過(guò)調(diào)節(jié)搖桿軸承在凹槽內(nèi)的位置，可改變搖桿本體的擺動(dòng)角度，從而改變前輪運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0011]所述的滑動(dòng)組件包括第一滑軌、第二滑軌、第一滑塊和第二滑塊，所述的第一滑塊設(shè)在第一滑軌上，所述的第二滑塊設(shè)在第二滑軌上，所述的第一連桿固定設(shè)置在第一滑塊上，所述的第二連桿設(shè)在第二滑軌上。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明為用于前輪轉(zhuǎn)向的四桿機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)三方向可調(diào)，通過(guò)不同方向長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)三輪小車(chē)的周期與振幅的變化，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)的不同軌跡的行駛，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:加工方便，成本低，易操作；
[0014]二、能耗小:機(jī)構(gòu)都采用滾動(dòng)摩擦,所用零件少,運(yùn)動(dòng)副少,故能耗??；
[0015]三、精度高:所有調(diào)節(jié)都是細(xì)牙螺栓微調(diào)，調(diào)節(jié)精度高。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為采用本發(fā)明的三輪小車(chē)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為圖2的側(cè)視圖；
[0019]圖4為圖2中C-C剖面示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明機(jī)構(gòu)帶動(dòng)三輪小車(chē)運(yùn)動(dòng)的軌跡示意圖；
[0021]其中，(5a)為正弦軌跡示意圖，(5b)為典型“S”軌跡示意圖，(5c)為類(lèi)伯努利雙紐線(xiàn)8字軌跡示意圖，(5d)為一種類(lèi)“8”軌跡示意圖，(5e)為另一種類(lèi)“8”軌跡示意圖。
[0022]圖中，1、驅(qū)動(dòng)軸；2、曲柄本體；3、定位軸承；4、第一連桿；5、第二連桿；6、調(diào)節(jié)螺栓；7、第一滑塊；8、第一滑軌；9、第二滑塊；10、第二滑軌；11、搖桿本體；12、搖桿軸承；13、搖桿微調(diào)螺栓；14、前輪；15、前輪支撐架；16、車(chē)身支撐架；17、后輪；18、滑輪；19、滑輪軸；20、滑輪架；21、砝碼；22、前輪軸；23、墊塊；24、前輪架；25、大齒輪；26、小軸承座；27、繞線(xiàn)軸；28、小齒輪；29、后輪軸；30、大軸承座；31、底板。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0024]如圖1所示，一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，用于連接三輪小車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸I與前輪架24，所述的前輪架24與前輪14固定連接，控制三輪小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡，所述的空間四桿機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在三輪小車(chē)的底板31上，包括可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿和滑動(dòng)組件，所述的驅(qū)動(dòng)軸1、可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿、前輪架24依次連接，所述的可調(diào)連桿設(shè)在滑動(dòng)組件上，所述的滑動(dòng)組件固定在底板31上，用電機(jī)或其他動(dòng)力傳動(dòng)方式連接驅(qū)動(dòng)軸I使其轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)可調(diào)曲柄做圓周運(yùn)動(dòng)，可調(diào)曲柄運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)可調(diào)連桿在滑動(dòng)組件上做直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可調(diào)連桿直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)可調(diào)搖桿擺動(dòng)，以達(dá)到一定滿(mǎn)足需要的軌跡。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿間的連接位置，改變前輪14的運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)用于可實(shí)現(xiàn)指定軌跡的前輪轉(zhuǎn)向、后輪驅(qū)動(dòng)的三輪小車(chē)中，可控制小車(chē)實(shí)現(xiàn)正弦、八字、類(lèi)八字等指定周期性軌跡。
[0025]所述的可調(diào)曲柄包括曲柄本體2和定位軸承3，所述的曲柄本體2的一端與驅(qū)動(dòng)軸I端面中心重合連接，另一端設(shè)有行程槽，所述的定位軸承3設(shè)在行程槽內(nèi)，所述的曲柄本體2通過(guò)定位軸承3與可調(diào)連桿以滾動(dòng)副形式連接，通過(guò)調(diào)節(jié)定位軸承3在行程槽內(nèi)的位置，可改變可調(diào)曲柄的使用長(zhǎng)度。當(dāng)曲柄加長(zhǎng)時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)半徑增大，連桿前后行程增大；當(dāng)曲柄減短時(shí)，圓周運(yùn)動(dòng)半徑減小，連桿前后行程減小。
[0026]所述的可調(diào)連桿包括第一連桿4、第二連桿5和連接件，所述的第一連桿4 一端設(shè)有與定位軸承3連接的滑動(dòng)槽，另一端設(shè)有螺紋孔，所述的第二連桿5 —端設(shè)有通孔，另一端設(shè)有用于連接可調(diào)搖桿的凹槽，所述的連接件連接在第一連桿4和第二連桿5間，通過(guò)調(diào)節(jié)連接件，可改變可調(diào)連桿的使用長(zhǎng)度。所述的連接件包括調(diào)節(jié)螺栓6和彈簧，所述的調(diào)節(jié)螺栓6分別連接第一連桿4的螺紋孔和第二連桿5的通孔，所述的彈簧套設(shè)在調(diào)節(jié)螺栓上，并卡在第一連桿4和第二連桿5間。當(dāng)擰緊連接連桿上的調(diào)節(jié)螺栓6時(shí)，兩連桿距離縮短；當(dāng)擰松調(diào)節(jié)螺栓6時(shí)，連桿伸長(zhǎng)；當(dāng)微調(diào)螺栓使連桿長(zhǎng)度適中時(shí)，小車(chē)軌跡左右對(duì)稱(chēng)，運(yùn)行趨于一條直線(xiàn)。
[0027]所述的可調(diào)搖桿包括搖桿本體11、搖桿軸承12和搖桿微調(diào)螺栓13，所述的搖桿本體11通過(guò)螺栓與前輪架24連接，所述的搖桿軸承12設(shè)在第二連桿5的凹槽內(nèi)，并通過(guò)搖桿微調(diào)螺栓13固定，所述的搖桿本體11上設(shè)有與搖桿軸承12連接的滑動(dòng)槽，所述的搖桿本體11與搖桿軸承12以滾動(dòng)副形式連接，通過(guò)調(diào)節(jié)搖桿軸承12在凹槽內(nèi)的位置，可改變搖桿本體11的擺動(dòng)角度，從而改變前輪運(yùn)動(dòng)軌跡，振幅和周期可在一定范圍內(nèi)任意改變。當(dāng)搖桿軸承12在第二連桿5凹槽里的最外面時(shí)，搖桿擺動(dòng)角度最小，前輪擺動(dòng)的振幅最小，周期最大；當(dāng)搖桿軸承12在凹槽的最里面時(shí)，前輪擺動(dòng)的振幅最大，周期最小。
[0028]所述的滑動(dòng)組件包括第一滑軌8、第二滑軌10、第一滑塊7和第二滑塊9，所述的第一滑塊7設(shè)在第一滑軌8上，所述的第二滑塊9設(shè)在第二滑軌10上，所述的第一連桿4通過(guò)螺母固定設(shè)置在第一滑塊7上，所述的第二連桿5設(shè)在第二滑軌10上。第一滑軌8的作用是讓第一滑塊7能夠在其上滑動(dòng)，以保證可調(diào)連桿長(zhǎng)度的微調(diào)；第二滑軌10的作用是在第二滑塊9中前后滑動(dòng)，讓機(jī)構(gòu)能夠完成周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0029]上述機(jī)構(gòu)可采用金屬或非金屬材料。
[0030]如圖2-圖4所示，將本發(fā)明安裝于三輪小車(chē)中，由電機(jī)或砝碼21下落過(guò)程中生成的機(jī)械勢(shì)能通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸傳遞至本發(fā)明機(jī)構(gòu)來(lái)控制小車(chē)前輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律。小車(chē)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的控制路線(xiàn)為:
[0031]動(dòng)力輸入一曲柄長(zhǎng)度可調(diào)一連桿長(zhǎng)度可調(diào)一搖桿角度可調(diào)一實(shí)現(xiàn)指定前輪運(yùn)動(dòng)。
[0032]三輪小車(chē)的后輪17為驅(qū)動(dòng)輪，前輪14為導(dǎo)向輪。小車(chē)的軌跡由導(dǎo)向輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定。通過(guò)調(diào)節(jié)曲柄長(zhǎng)度、連桿長(zhǎng)度、搖桿角度，可改變導(dǎo)向輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使小車(chē)實(shí)現(xiàn)指定運(yùn)動(dòng)軌跡。通過(guò)本發(fā)明，三輪小車(chē)可實(shí)現(xiàn)正弦、八字、類(lèi)八字等指定軌跡。由于小車(chē)行走一個(gè)周期內(nèi)，驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，所走過(guò)的路程不變。故無(wú)論如何調(diào)節(jié)前輪夾角，行走出的曲線(xiàn)長(zhǎng)度不會(huì)改變。調(diào)節(jié)前輪夾角過(guò)程小車(chē)軌跡會(huì)發(fā)生以下過(guò)程變化:正弦機(jī)構(gòu)控制小車(chē)行走典型正弦軌跡，如圖(5a)所示；增大前輪極限夾角，軌跡振幅增大，振幅變小，正弦機(jī)構(gòu)控制小車(chē)行走典型“S”軌跡，如圖(5b)所示；繼續(xù)增大前輪極限夾角到合適位置，振幅增大到最大，波長(zhǎng)減小為O，軌跡重合為類(lèi)伯努利雙紐線(xiàn)8字，如圖(5c)所示；繼續(xù)增大前輪極限夾角，振幅開(kāi)始減小，波長(zhǎng)變?yōu)樨?fù)向，正弦機(jī)構(gòu)控制小車(chē)行走類(lèi)“8”軌跡，如圖(5d)所示；繼續(xù)增大前輪極限夾角，振幅繼續(xù)減小，波長(zhǎng)負(fù)向增大，正弦機(jī)構(gòu)控制小車(chē)行走另一種類(lèi)“8，，軌跡，如圖(5e)所示。通過(guò)調(diào)節(jié)本發(fā)明機(jī)構(gòu)，可以改變小車(chē)軌跡的振幅，周期等參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，用于連接三輪小車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸(I)與前輪架(24)，所述的前輪架(24)與前輪(14)固定連接，控制三輪小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡，其特征在于，所述的空間四桿機(jī)構(gòu)固定設(shè)置在三輪小車(chē)的底板(31)上，包括可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿和滑動(dòng)組件，所述的驅(qū)動(dòng)軸(I)、可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿、前輪架(24)依次連接，所述的可調(diào)連桿設(shè)在滑動(dòng)組件上，所述的滑動(dòng)組件固定在底板(31)上，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)曲柄、可調(diào)連桿、可調(diào)搖桿間的連接位置，控制前輪(14)的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的可調(diào)曲柄包括曲柄本體(2)和定位軸承(3)，所述的曲柄本體(2)的一端與驅(qū)動(dòng)軸(I)端面中心重合連接，另一端設(shè)有行程槽，所述的定位軸承(3)設(shè)在行程槽內(nèi)，所述的曲柄本體(2)通過(guò)定位軸承(3)與可調(diào)連桿以滾動(dòng)副形式連接，通過(guò)調(diào)節(jié)定位軸承(3)在行程槽內(nèi)的位置，可改變可調(diào)曲柄的使用長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的可調(diào)連桿包括第一連桿(4)、第二連桿(5)和連接件，所述的第一連桿(4) 一端設(shè)有與定位軸承(3)連接的滑動(dòng)槽，另一端設(shè)有螺紋孔，所述的第二連桿(5) —端設(shè)有通孔，另一端設(shè)有用于連接可調(diào)搖桿的凹槽，所述的連接件連接在第一連桿(4)和第二連桿(5)間，通過(guò)調(diào)節(jié)連接件，可改變可調(diào)連桿的使用長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的連接件包括調(diào)節(jié)螺栓(6)和彈簧，所述的調(diào)節(jié)螺栓(6)分別連接第一連桿⑷的螺紋孔和第二連桿(5)的通孔，所述的彈簧套設(shè)在調(diào)節(jié)螺栓(6)上，并卡在第一連桿(4)和第二連桿(5)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的可調(diào)搖桿包括搖桿本體(11)、搖桿軸承(12)和搖桿微調(diào)螺栓(13)，所述的搖桿本體(11)通過(guò)螺栓與前輪架(24)連接，所述的搖桿軸承(12)設(shè)在第二連桿(5)的凹槽內(nèi)，并通過(guò)搖桿微調(diào)螺栓(13)固定，所述的搖桿本體(11)上設(shè)有與搖桿軸承(12)連接的滑動(dòng)槽，所述的搖桿本體(11)與搖桿軸承(12)以滾動(dòng)副形式連接，通過(guò)調(diào)節(jié)搖桿軸承(12)在凹槽內(nèi)的位置，可改變搖桿本體(11)的擺動(dòng)角度，從而改變前輪運(yùn)動(dòng)軌跡。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于三輪小車(chē)的三方向微調(diào)空間四桿機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的滑動(dòng)組件包括第一滑軌(8)、第二滑軌(10)、第一滑塊(7)和第二滑塊(9)，所述的第一滑塊(7)設(shè)在第一滑軌(8)上，所述的第二滑塊(9)設(shè)在第二滑軌(10)上，所述的第一連桿固定設(shè)置在第一滑塊(7)上，所述的第二連桿(5)設(shè)在第二滑軌(10)上。
【文檔編號(hào)】A63H17/36GK103611323SQ201310616152
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張春燕, 趙振鋒, 唐宇欣, 陳忠誠(chéng), 白石 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)