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

背景技術(shù)：

目前重力驅(qū)動小車主要應(yīng)用于短程運輸，玩具制作等方面。

各種小車的動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力，在實際應(yīng)用中，小車行程不長的情況下，最為方便的動力來源就是重力。小車在行走過程中遇到固定障礙物時需要避開，可以在小車上加上轉(zhuǎn)向機構(gòu)，使其在固定地點實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，避開障礙物，對轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行改變也可使“S形”變?yōu)椤?形”，實現(xiàn)小車的循環(huán)走動，這個功能在玩具中有很大實用價值。

目前小車的制作材料大都離不開金屬，金屬材料的優(yōu)點是：硬度高、穩(wěn)定，承受力強等；缺點是：成本高、重量大、加工不易等。如果選用合適的非金屬材料，就可以在滿足強度，硬度等條件下彌補金屬材料的不足。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)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種重力勢能驅(qū)動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)動力，并在轉(zhuǎn)向機構(gòu)的協(xié)調(diào)下實現(xiàn)蛇形走位。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本實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)成原動機構(gòu)；牽引線的另一端與傳動機構(gòu)的繞線裝置凹槽連接，傳動機構(gòu)裝在車架上，并位于原動機構(gòu)的后面，轉(zhuǎn)向機構(gòu)安裝在車架的一側(cè)，傳動機構(gòu)的輸出軸與轉(zhuǎn)向機構(gòu)的曲輪中心連接，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輸出驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)動；車架為矩形板，矩形板切去一個角后，矩形突出部分的邊緣中間開有缺口，缺口內(nèi)放置前輪叉。

所述傳動機構(gòu)包括：主動輪、從動輪、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、驅(qū)動軸、繞線裝置、輸出軸支撐架、中間軸支撐架、三個驅(qū)動軸支撐架、從動輪支撐架和從動輪軸；從動輪支撐架和三個驅(qū)動軸支撐架從左至右依次垂直裝在車架上，從動輪軸安裝在從動輪支撐架上面的孔中，驅(qū)動軸安裝在三個驅(qū)動軸支撐架上面的孔中，左面兩個驅(qū)動軸支撐架內(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)成二級減速齒輪機構(gòu)，動力由傳輸出軸與轉(zhuǎn)向機構(gòu)的曲輪中心連接，輸出軸上裝有主動輪，從動輪軸上裝有從動輪。

所述轉(zhuǎn)向機構(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；曲輪中心與傳動機構(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)動連接，第三連桿的另一端與滑塊滑動連接，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。

本實用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是：

1、無電機驅(qū)動。小車在任何環(huán)境下都可實現(xiàn)移動，動力來源為將重力勢能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動力。

2、蛇形走位。小車能實現(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3D打印技術(shù)具有很強的可控性，靈活性大，可隨時更改設(shè)計，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)省一大半費用。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型的原動機構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型的傳動機構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型傳動機構(gòu)中的二級減速機構(gòu)放大示意圖。

圖5是本實用新型的轉(zhuǎn)向機構(gòu)示意圖。

圖6是本實用新型的驅(qū)動機構(gòu)左側(cè)視圖。

圖7是本實用新型的驅(qū)動機構(gòu)右側(cè)視圖。

圖8是小車運動軌跡圖。

圖中：1、車架，2、主動輪，3、從動輪，4、主動輪連接件，5、從動輪連接件，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、三個驅(qū)動軸支撐架，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、從動輪支撐架，39、從動輪軸，40、牽引線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

如圖1、圖2、圖5所示，本實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)成原動機構(gòu)；牽引線40的另一端與傳動機構(gòu)的繞線裝置17凹槽連接，傳動機構(gòu)裝在車架1上，并位于原動機構(gòu)的后面，轉(zhuǎn)向機構(gòu)安裝在車架1的一側(cè)，傳動機構(gòu)的輸出軸10與轉(zhuǎn)向機構(gòu)的曲輪28中心連接，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輸出驅(qū)動前輪14轉(zhuǎn)動；車架1為矩形板，矩形板切去一個角后，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，所述傳動機構(gòu)包括：主動輪2、從動輪3、第一齒輪6、第二齒輪7、第三齒輪8、第四齒輪9、驅(qū)動軸26、繞線裝置17、輸出軸支撐架11、中間軸支撐架13、三個驅(qū)動軸支撐架18、從動輪支撐架38和從動輪軸39；從動輪支撐架38和三個驅(qū)動軸支撐架18從左至右依次垂直裝在車架1上，從動輪軸39安裝在從動輪支撐架38上面的孔中，驅(qū)動軸26安裝在三個驅(qū)動軸支撐架18上面的孔中，左面兩個驅(qū)動軸支撐架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)成二級減速齒輪機構(gòu)，動力由傳輸出軸10與轉(zhuǎn)向機構(gòu)的曲輪28中心連接，輸出軸10上裝有主動輪2，從動輪軸39上裝有從動輪3。

如圖1、圖3、圖5所示，所述轉(zhuǎn)向機構(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中心與傳動機構(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)動連接，第三連桿35的另一端與滑塊25滑動連接，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。

本實用新型的工作原理：

如圖1所示，原動機構(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)動軸26上的繞線裝置17凹槽中，重錘34下降的同時通過牽引線40帶動傳動機構(gòu)的驅(qū)動軸26轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的驅(qū)動軸26將動力一部分傳到驅(qū)動機構(gòu)的主動輪2，使小車向前走動；一部分通過二級減速齒輪機構(gòu)中的輸出軸10傳到轉(zhuǎn)向機構(gòu)，轉(zhuǎn)向機構(gòu)通過滑塊25上的第四連桿36帶動前輪14轉(zhuǎn)動，使小車轉(zhuǎn)向。

如圖2所示，所述的原動機構(gòu)采用的是繩動式，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和傳動裝置的牽引線40。

如圖3、圖4所示，所述的傳動機構(gòu)主要由驅(qū)動軸26和二級減速齒輪機構(gòu)組成，用來將動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)上。驅(qū)動軸26用三個驅(qū)動軸支撐架18固定，驅(qū)動軸26與驅(qū)動軸支撐件18連接處使用軸承20，軸承20和驅(qū)動軸26之間為過盈配合，防止驅(qū)動軸26與軸承20相對滑動。原動機構(gòu)重物的下降通過牽引線40使繞線裝置17轉(zhuǎn)動，繞線裝置17固定在驅(qū)動軸26上，所以驅(qū)動軸26也隨著轉(zhuǎn)動。驅(qū)動軸的一端用于連接主動輪，驅(qū)動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)計成二級減速，以增加小車的移動距離。驅(qū)動軸的動力通過以上四個齒輪傳送到輸出軸10上，輸出軸10與轉(zhuǎn)向機構(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可在槽中移動以實現(xiàn)曲柄傳動。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，并帶動滑塊25轉(zhuǎn)動；同時滑塊25與前輪叉15通過第四連桿36固定連接，直接帶動前輪14的轉(zhuǎn)動，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)動使小車實現(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所能達到的最大轉(zhuǎn)向角度，從而使小車繞過固定的障礙物。

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。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。

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)小車向前走動時，轉(zhuǎn)向機構(gòu)使小車前輪在一定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動（如-45°~ 45°，角度范圍隨障礙物的間距而確定），從而使小車實現(xiàn)蜿蜒蛇型避障。其運動軌跡圖，如圖8所示。

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

本實用新型的小車，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，同時成本也僅為其百分之六十左右。

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