本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)小車，具體涉及通過(guò)單片機(jī)控制超聲波檢測(cè)的一種能智能避障的純重力驅(qū)動(dòng)環(huán)保小車。

背景技術(shù)：

在近年來(lái)全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽上，純重力驅(qū)動(dòng)的自行小車一直被選做大賽題目。2016年第五屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練競(jìng)賽上，首次出現(xiàn)了需要電控的自主避障小車的命題。大賽要求小車保留重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)，并增加自主尋跡避障轉(zhuǎn)向控制的功能。

現(xiàn)有的純重力驅(qū)動(dòng)的自行小車，一般采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、空間四桿機(jī)構(gòu)等）來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的運(yùn)動(dòng)，環(huán)境適應(yīng)性較差，且機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)較為困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能智能避障的純重力驅(qū)動(dòng)環(huán)保小車，具有賽道障礙識(shí)別、軌跡判斷及自主轉(zhuǎn)向功能的純重力驅(qū)動(dòng)的環(huán)保小車。它解決了傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)手動(dòng)調(diào)節(jié)難的問(wèn)題，且通過(guò)障礙檢測(cè)識(shí)別自主避障大大的提高了小車的場(chǎng)地適應(yīng)性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和智能轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；在底板的中部安裝有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，底板的后部安裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，底板前部安裝有智能轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：滑輪、牽引線、重錘、繞線軸套、軸承支架、三根重錘支撐架和重錘支撐板；三根重錘支撐架的一端與底板連接，三根重錘支撐架的另一端與重錘支撐板連接，重錘支撐板上面的兩組滑輪架上分別裝有滑輪，牽引線的一端與位于三根重錘支撐架內(nèi)的重錘連接，牽引線的另一端繞過(guò)兩組滑輪架上的滑輪與安裝在其中一根重錘支撐架下部的繞線軸套連接，繞線軸套安裝在輸入軸上，軸承支架安裝在三根重錘支撐架后部。

所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：主動(dòng)輪、輸出軸、輸入軸、小齒輪、大齒輪和從動(dòng)輪；輸出軸安裝在所述支撐機(jī)構(gòu)的軸承支架的上面兩側(cè)孔中，主動(dòng)輪與輸出軸的一端連接，從動(dòng)輪通過(guò)軸承空套在輸出軸的另一端，輸出軸上裝有小齒輪；輸入軸的一端安裝在軸承支架的下面一側(cè)孔中，輸入軸的另一端穿過(guò)繞線軸套中心孔安裝在軸承支架的下面另一側(cè)孔中，輸入軸上裝有大齒輪，所述大齒輪與所述小齒輪構(gòu)成齒輪副。

所述智能轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括：電源、單片機(jī)，舵機(jī)、舵機(jī)輸出頭、前輪支架三個(gè)超聲波傳感器、轉(zhuǎn)向輪、電路支架、“Z”形舵機(jī)支架、超聲波支架、前輪支架和三個(gè)超聲波盒；超聲波支架安裝在底板前部，超聲波支架為開(kāi)口半圓形板，沿開(kāi)口直徑方向的中心開(kāi)有凹槽，舵機(jī)安裝于“Z”形舵機(jī)支架上面，“Z”形舵機(jī)支架上面嵌入超聲波支架凹槽中，“Z”形舵機(jī)支架下面固定在所述底板上，前輪支架通過(guò)舵機(jī)輸出頭和舵機(jī)連接，轉(zhuǎn)向輪安裝在前輪支架內(nèi)，電路支架緊靠舵機(jī)支架安裝在底板上，單片機(jī)和電均放置在電路支架上下方；三個(gè)超聲波傳感器分別放置于各自超聲波盒內(nèi)，三個(gè)超聲波盒分別安裝于超聲波支架的前、左、右三個(gè)位置。

本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1、具備賽道障礙自主識(shí)別、軌跡判斷及自主轉(zhuǎn)向功能。利用三個(gè)超聲波傳感器來(lái)檢測(cè)賽道障礙情況，并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果信號(hào)，做出分析處理，自主選擇適合的軌跡，進(jìn)行自主的轉(zhuǎn)向行進(jìn)，轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)較傳統(tǒng)手動(dòng)的調(diào)節(jié)容易了很多。大大提高了小車的賽道適應(yīng)性，即障礙可隨機(jī)分布，小車均能正常行駛。

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本降低。由于采用了電路加傳感器控制，省去了原來(lái)的傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使小車的加工制作成本大大降低。

3、場(chǎng)地適應(yīng)性增強(qiáng)。由于小車可自主檢測(cè)避障，大大提高了小車的場(chǎng)地適應(yīng)性，即障礙可隨機(jī)分布，小車均能正常行駛。從而擴(kuò)大了小車的使用范圍。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的各支撐結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的超聲波支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明的電路支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明的“Z”形舵機(jī)支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明的超聲波支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、電源，2、單片機(jī)，3、舵機(jī)，4、舵機(jī)輸出頭，5、超聲波傳感器，6、轉(zhuǎn)向輪，7、滑輪，8、牽引線，9、重錘，10、繞線軸套，11、主動(dòng)輪，12、輸出軸，13、輸入軸，14、小齒輪，15、大齒輪，16、軸承，17、從動(dòng)輪，18、重錘支撐架，19、軸承支架，20、底板，21、電路支架，22、“Z”形舵機(jī)支架，23、超聲波支架，24、前輪支架，25、超聲波盒，26、重錘支撐板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和智能轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；在底板20的中部安裝有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，底板20的后部安裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，底板20前部安裝有智能轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

如圖1、圖3、圖5所示，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：滑輪7、牽引線8、重錘9、繞線軸套10、軸承支架19、三根重錘支撐架18和重錘支撐板26；三根重錘支撐架18的一端與底板20連接，三根重錘支撐架18的另一端與重錘支撐板26連接，重錘支撐板26上面的兩組滑輪架上分別裝有滑輪7，牽引線8的一端與位于三根重錘支撐架18內(nèi)的重錘9連接，牽引線8的另一端繞過(guò)兩組滑輪架上的滑輪7與安裝在其中一根重錘支撐架18下部的繞線軸套10連接，繞線軸套10安裝在輸入軸13上，軸承支架19安裝在三根重錘支撐架18后部。

如圖1、圖3、圖4所示，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：主動(dòng)輪11、輸出軸12、輸入軸13、小齒輪14、大齒輪15和從動(dòng)輪17；輸出軸12安裝在所述支撐機(jī)構(gòu)的軸承支架19的上面兩側(cè)孔中，主動(dòng)輪11與輸出軸12的一端連接，從動(dòng)輪17通過(guò)軸承16空套在輸出軸12的另一端，輸出軸12上裝有小齒輪14；輸入軸13的一端安裝在軸承支架19的下面一側(cè)孔中，輸入軸13的另一端穿過(guò)繞線軸套10中心孔安裝在軸承支架19的下面另一側(cè)孔中，輸入軸13上裝有大齒輪15，所述大齒輪15與所述小齒輪14構(gòu)成齒輪副。繞線軸套10上有兩個(gè)繞線軌道，可根據(jù)不同的需求選擇相應(yīng)的軌道繞線。重錘8由高處下落，其重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。牽引線8繞在不同直徑的軌道上可以改變繞線軸套10所受扭矩，調(diào)節(jié)小車的動(dòng)力，使小車適應(yīng)多種路況。

如圖1、圖2、圖5、圖6所示，所述智能轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括：電源1、單片機(jī)2，舵機(jī)3、舵機(jī)輸出頭4、前輪支架24、三個(gè)超聲波傳感器5、轉(zhuǎn)向輪6、電路支架21、“Z”形舵機(jī)支架22、超聲波支架23、前輪支架24和三個(gè)超聲波盒25；超聲波支架23安裝在底板20前部，超聲波支架23為開(kāi)口半圓形板，沿開(kāi)口直徑方向的中心開(kāi)有凹槽(如圖9所示)，舵機(jī)3安裝于“Z”形舵機(jī)支架22上面(如圖8所示)，“Z”形舵機(jī)支架22上面嵌入超聲波支架23凹槽中，“Z”形舵機(jī)支架22下面固定在所述底板20上，前輪支架24通過(guò)舵機(jī)輸出頭4和舵機(jī)3連接，轉(zhuǎn)向輪6安裝在前輪支架24內(nèi)，電路支架21緊靠“Z”形舵機(jī)支架22安裝在底板20上，單片機(jī)2和電源1均放置在電路支架21上下方(如圖7所示)；三個(gè)超聲波傳感器5分別放置于各自超聲波盒25內(nèi)，三個(gè)超聲波盒25分別安裝于超聲波支架23的前、左、右三個(gè)位置。位于前端的超聲波傳感器用來(lái)檢測(cè)障礙物，位于左右兩側(cè)的超聲波傳感器用于檢測(cè)小車與兩邊墻的距離。舵機(jī)3和三個(gè)超聲波傳感器5通過(guò)數(shù)據(jù)線與單片機(jī)2連接。超聲波傳感器通過(guò)收發(fā)一定頻率的超聲波測(cè)定障礙和墻壁的與小車的距離，并將此信息傳遞給單片機(jī)2，單片機(jī)2通過(guò)程序?qū)⑿盘?hào)處理，把相應(yīng)的信號(hào)傳遞給舵機(jī)3，控制小車前進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)直行和避障的功能。

本發(fā)明的工作原理如下：

第一步:繞線，準(zhǔn)備工作

重錘上的牽引線通過(guò)重錘支撐板頂部的滑輪與繞線軸套連接，旋轉(zhuǎn)繞線軸套使重錘上升至重錘支撐板處，打開(kāi)小車前段電源開(kāi)關(guān)給單片機(jī)和超聲波傳感器供電，檢查其是否正常工作。

第二步：?jiǎn)?dòng)

小車上的重錘緩慢下降，通過(guò)牽引線帶動(dòng)繞線軸套旋轉(zhuǎn)，繞線軸套與輸入軸固連，輸入軸上的大齒輪與繞線軸套同步旋轉(zhuǎn)，大齒輪與小齒輪嚙合，從而將動(dòng)力傳至輸出軸上，輸出軸將動(dòng)力傳至主動(dòng)輪，帶動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪隨動(dòng)，小車啟動(dòng)。

第三步：行駛避障

小車緩慢向前直線行駛，位于小車車頭的三個(gè)超聲波傳感器不斷檢測(cè)距離，并將數(shù)據(jù)傳回單片機(jī)分析處理。單片機(jī)通過(guò)對(duì)三個(gè)距離的分析得出小車的位置信息，從而控制舵機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)智能避障。

上述具體實(shí)施方式用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。