本發(fā)明涉及一種適應具有坡道且障礙物間距可無級調(diào)整通道的無碳小車，尤其是可以適應有坡道且障礙物間距可無級調(diào)整通道而能自主避障行走的無碳小車。

背景技術(shù)：

無碳小車是僅由重力勢能驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)小車，使用時使其沿著S形軌跡圍繞呈直線排布的非等間距的障礙物行走，或在有坡道且障礙物間距可無級調(diào)整的通道行走。無碳小車使用時常常要求在改變被繞行障礙物間距的情況下，提高小車繞行距離或繞行障礙物的個數(shù)，為取得盡可能長的繞行距離及繞行較多障礙物，無碳小車需要具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向輪擺動角度的機構(gòu)和自主識別障礙物的傳感器。目前使用的無碳小車一般采用定性調(diào)節(jié)或者有級調(diào)節(jié)的辦法，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向輪的擺動角度，且沒有識別障礙物的傳感器，該種無碳小車可較好地適應障礙物間距為已知離散值的通道，但是難以適應障礙物間距可無級調(diào)整的通道，更難以適應有坡道且障礙物間距可無級調(diào)整的通道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)無法提供可適應障礙物間距可無級調(diào)整的通道，或障礙物間距可無級調(diào)整且具有坡道的通道，能夠自主避障行走的無碳小車。本發(fā)明提供一種具有爬坡行走、避障行走、軌跡識別及剎車制動功能的無碳小車。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

該無碳小車組成機構(gòu)包括：小車機架、小車驅(qū)動機構(gòu)、小車直行機構(gòu)、小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)和小車剎車系統(tǒng)。小車機架支承小車的各組成機構(gòu)。小車驅(qū)動機構(gòu)利用重物的重力勢能，通過小車直行機構(gòu)驅(qū)動小車前行，并且利用小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)改變小車前行的方向，在小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)上設置有傳感器模塊和控制模塊，用于識別通道上的障礙物，利用小車剎車系統(tǒng)實現(xiàn)小車減速制動。

小車機架包括：底板、支承桿、固定板、加固板、止推軸承、立式支撐座、臥式支撐座、底板固定螺栓、舵機固定支架。

底板后端對稱設置四個連接通孔，用底板固定螺栓及螺母通過左后兩連接通孔將左后立式支撐座固定連接到底板左后端，用底板固定螺栓及螺母通過右后兩連接通孔將右后立式支撐座固定連接到底板右后端。在左后立式支撐座及立式支撐座中分別設置滾動軸承。通過左后及右后立式支撐座狹長槽兩側(cè)面的光孔及螺紋孔及螺栓，將左后及右后立式支撐座狹長槽兩邊連接在一起，并通過立式支撐座狹長槽兩側(cè)的彈性變形分別將左后滾動軸承及右后滾動軸承固定在左后及右后立式支撐座中。在底板后端適當靠前的位置，以底板縱向中心軸線對稱設置四個連接通孔，用底板固定螺栓將兩個立式支撐座分別固定在底板后端適當靠前的位置。三根相同長度的支承桿，上下兩頭均設置有內(nèi)螺紋。固定板為圓三角形，其中心位置設置有長方形槽，在固定板的三個角適當位置設置有三個通孔，在小車底板中心位置設置三個和固定板的通孔位置相對應的三個通孔，三根支承桿的兩端分別可以貼合到底板和固定板上的通孔，分別采用底板固定螺栓將固定板、底板與三根支承桿剛性聯(lián)結(jié)。設置一個三角形的加固板，在加固板上設置和固定板的通孔位置相對應的三個通孔，利用該三個通孔，將加固板以過盈配合的方式安裝于三根支承桿的下部。在底板的正前方位置以底板縱向中心軸線左右對稱設置兩個通孔，與臥式支撐座左右兩邊的通孔相對應，在該兩個通孔中間位置設置一個與臥式支撐座中間孔相對應的通孔，用底板固定螺栓將臥式支撐座固定在底板上。在臥式軸承座長對角線中點設置讓前叉頂端通過的通孔，在底板上與該通孔位置相對應的下表面及臥式支撐座上表面分別設置止推軸承，以此限制前叉的上下運動。在底板的左后端沿其邊線設置兩個通孔，用底板固定螺栓和螺母通過兩通孔將舵機固定支架固定連接到底板左后端。

小車的驅(qū)動機構(gòu)包括：重物、重物螺釘、牽引線、繞線輪、繞線輪軸承、繞線輪支架、啟動器。

重物呈圓柱形，其一端設有一個螺紋孔，以該螺紋孔與重物螺釘相聯(lián)結(jié)。采用強力膠水將兩個間隔的繞線輪支架粘接到固定板上表面，在兩個繞線輪支架大的側(cè)面均設置一個通孔，采用過盈配合方式，將繞線輪軸承聯(lián)結(jié)到繞線輪支架中的通孔。繞線輪呈帶軸的一大一小雙滑輪結(jié)構(gòu)，在雙滑輪中間設置一個細長圓弧形槽，以便在小車運行開始前容納卷繞的牽引線，繞線輪的軸部結(jié)構(gòu)分別與繞線輪軸承配合支承繞線輪。啟動器整體呈圓臺型，其上設置有滿足小車運行速度需要的若干階梯槽，以調(diào)節(jié)繞線輪和啟動器之間的傳動比及驅(qū)動小車行走的力矩。牽引線為一條細長且具有較高強度的尼龍線，其一端與重物螺釘相連，經(jīng)過繞線輪，其另一端連接到啟動器上設置的緊定螺釘。小車運行前，牽引線卷繞在繞線輪雙滑輪結(jié)構(gòu)的細長圓弧形槽中，小車運行時，隨著重物下落，其重力勢能經(jīng)過牽引線、繞線輪及啟動器轉(zhuǎn)換為驅(qū)動小車行走的機械能。

小車直行機構(gòu)包括：啟動器軸、大齒輪、小齒輪、輪軸、法蘭盤、啟動器。

采用機械設計常用方法聯(lián)結(jié)啟動器和啟動器軸，在啟動器靠右的位置設置大齒輪，采用緊定螺釘聯(lián)結(jié)啟動器軸和大齒輪，在輪軸的偏右位置采用緊定螺釘聯(lián)結(jié)方式設置小齒輪，并使其與大齒輪相互嚙合。法蘭盤結(jié)構(gòu)包括一大一小兩個同心圓柱凸臺，在法蘭盤中心軸線位置設置通孔，在該通孔中設置單向軸承，并使單向軸承的外圈與該通孔過渡配合聯(lián)結(jié)。使單向軸承的內(nèi)圈和輪軸過盈配合聯(lián)結(jié)，在輪軸兩端均設置單向軸承與法蘭盤，使得小車兩側(cè)的車輪可以差動方式繞其軸線轉(zhuǎn)動。兩側(cè)車輪中心軸線位置均設置一個較大通孔，其與法蘭盤小圓柱凸臺間隙配合聯(lián)結(jié)，在法蘭盤小圓柱凸臺外周，在其大圓柱凸臺外側(cè)面均勻設置三個螺紋孔，該三個螺紋孔與車輪上沿著其中心通孔外周均勻設置的三個通孔相對應，采用機械設計常用的螺紋聯(lián)結(jié)方式聯(lián)結(jié)車輪和法蘭盤。輪軸的兩端均設置有內(nèi)螺紋孔，在輪軸兩端的內(nèi)螺紋孔中設置螺釘，以限制車輪沿著輪軸的軸線移動。

小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)由傳感器模塊、控制模塊和驅(qū)動模塊組成。傳感器模塊由超聲波測距傳感器、紅外避障傳感器、傳感器固定支架、傳感器固定螺栓組成；控制模塊由單片機工控板組成；驅(qū)動模塊由電池盒、轉(zhuǎn)向舵機、轉(zhuǎn)向舵機擺臂、長連桿、短連桿、前叉、轉(zhuǎn)向輪、塞打螺栓、止推軸承組成。

在小車兩側(cè)分別設置一個傳感器固定支架，其為一個L型的支架，其長邊和短邊側(cè)面上分別設置兩個通孔，分別與超聲波測距傳感器及紅外避障傳感器和底板孔大小、位置相對應，傳感器支架長邊與超聲波測距傳感器及紅外避障傳感器通過傳感器固定螺栓和螺母固定連接，傳感器支架短邊與底板通過傳感器固定螺栓螺母可調(diào)連接。單片機工控板通過銅柱與底板固定連接。用強力膠水將電池盒粘接到底板上。在小車兩側(cè)傳感器固定支架上分別設置一個超聲波測距傳感器及一個紅外避障傳感器，超聲波傳感器設置在與小車前進方向偏角較小的方向以檢測障礙物與小車之間的距離，紅外避障傳感器設置于和小車前進方向垂直的位置以避開兩邊的通道擋板。轉(zhuǎn)向舵機通過螺栓螺母固定連接在底板上，轉(zhuǎn)向舵機擺臂與轉(zhuǎn)向舵機通過螺釘固定連接，長連桿一端設置較大通孔，與滾動軸承外圈過盈配合聯(lián)結(jié)，該滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔通過螺栓與舵機擺臂連接，長連桿另一端設置較小螺紋孔；短連桿一端設置較大通孔與滾動軸承外圈過盈配合聯(lián)結(jié)，該滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔通過螺栓與長連桿螺紋孔連接，短連桿另一端設置D形通孔。在前叉的大徑段設置一個平面，并在該平面上設置螺紋孔，使該螺紋孔與塞打螺栓聯(lián)結(jié)，在前叉的階梯段設置一個平面，成為D形軸，與短連桿的D形孔過盈配合聯(lián)結(jié)。

小車的剎車系統(tǒng)由剎車舵機支架、剎車舵機、剎車片、剎車輪組成。剎車舵機支架與底板采用螺紋剛性聯(lián)結(jié)，剎車片通過螺釘與剎車舵機固定連接，剎車輪與輪軸通過緊定螺栓連接，剎車片上設置有一圓弧凹槽，其直徑與剎車輪直徑相同，以保證剎車時剎車片與剎車輪有足夠大的接觸面積。

本發(fā)明有益效果是：通過超聲波測距傳感器、紅外避障傳感器、轉(zhuǎn)向舵機、剎車舵機和單片機工控板結(jié)合，實現(xiàn)具有爬坡行走、軌跡識別、避障行走及剎車制動的無碳小車，可適應障礙物間距可無級調(diào)整的通道，或障礙物間距可無級調(diào)整且具有坡道的通道。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體外形圖

圖2 是機架機構(gòu)圖

圖3是驅(qū)動機構(gòu)圖

圖4是直行機構(gòu)圖

圖5是轉(zhuǎn)向機構(gòu)圖

圖6是剎車系統(tǒng)圖

圖7是車輪結(jié)構(gòu)圖

圖中1.固定螺栓，2.法蘭盤，3.車輪，4.底板，5.前叉，6.轉(zhuǎn)向輪，7.塞打螺栓，8.臥式支撐座，9.止推軸承，10.加固板，11.支承桿，12.支承桿固定螺栓，13.繞線輪，14.繞線輪支架，15.繞線輪軸承，16.固定板，17.法蘭軸承，18.剎車舵機支架，19.底板固定螺栓，20.立式支撐座，21.啟動器軸，22.牽引線，23.重物螺釘，24.重物，25.啟動器，26.輪軸，27.小齒輪，28.大齒輪，29.單片機工控板，30.銅柱，31.紅外避障傳感器，32長銅柱， 33.傳感器固定螺栓，34.超聲波測距傳感器，35.傳感器固定支架，36.電池盒，37.轉(zhuǎn)向舵機，38.舵機擺臂，39連桿軸承，40.長連桿，41. 連桿螺栓，42.短連桿，43.剎車舵機，44.剎車片，45.剎車輪，46.單向軸承。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1和圖2所示，底板4通過底板固定螺栓19和立式支撐座20固定連接，法蘭軸承17與立式支撐座20采用過盈配合聯(lián)結(jié)，三根支承桿11兩端設置有螺紋孔分別與固定板16和底板4通過支承桿固定螺栓12固定連接。三角形加固板10上設置三個通孔，利用該三個通孔與三根支承桿11采用過盈配合聯(lián)結(jié)，用強力膠將繞線輪支架14粘接到固定板16上表面，繞線輪軸承15外圈與繞線輪支架14上的通孔采用過盈配合聯(lián)結(jié)，繞線輪13與繞線輪軸承15內(nèi)圈過盈配合聯(lián)結(jié)。剎車舵機支架18通過底板固定螺栓19與底板4固定連接，臥式支撐座8通過底板固定螺栓19與底板4剛性連接，共同構(gòu)成小車機架。

如圖3所示，重物24和重物螺釘23通過螺紋連接，牽引線22一端系在重物螺釘23上，跨過繞線輪13上的細長圓弧形槽，另一端通過緊定螺釘系在啟動器軸21上，構(gòu)成小車驅(qū)動機構(gòu)。

如圖1和圖4所示，法蘭盤2結(jié)構(gòu)包括一大一小兩個同心圓柱凸臺，在法蘭盤2中心軸線位置設置通孔，在該通孔中設置單向軸承46，并使單向軸承46的外圈與該通孔過渡配合聯(lián)結(jié)。使單向軸承46的內(nèi)圈和輪軸26過盈配合聯(lián)結(jié)，在輪軸26兩端均設置單向軸承46與法蘭盤2，使得小車兩側(cè)的車輪3可以差動方式繞其軸線轉(zhuǎn)動。兩側(cè)車輪3中心軸線位置均設置一個較大通孔，其與法蘭盤2小圓柱凸臺間隙配合聯(lián)結(jié)，在法蘭盤2小圓柱凸臺外周，在其大圓柱凸臺外側(cè)面均勻設置三個螺紋孔，該三個螺紋孔與車輪3上沿著其中心通孔外周均勻設置的三個通孔相對應，采用機械設計常用的螺紋聯(lián)結(jié)方式聯(lián)結(jié)車輪3和法蘭盤2。通過固定螺栓1剛性連接法蘭盤大圓柱凸臺與車輪3。采用緊定螺釘將小齒輪27連接到輪軸26，啟動器25與啟動器軸21過盈配合連接，采用緊定螺釘將大齒輪28連接到啟動器軸21上面，小齒輪27和大齒輪嚙合28，一起構(gòu)成小車直行機構(gòu)。

如圖1和圖5所示，超聲波測距傳感器34通過傳感器固定螺栓33與傳感器固定支架35剛性連接，紅外避障傳感器31通過長銅柱32與傳感器固定支架35剛性連接，傳感器固定支架35與底板4通過底板固定螺栓19可調(diào)連接。單片機工控板29與銅柱30通過螺紋連接，銅柱30與底板4通過螺紋剛性連接。通過強力膠水將電池盒36粘接到底板4上。轉(zhuǎn)向舵機37通過傳感器固定螺栓33固定連接在底板4上，轉(zhuǎn)向舵機擺臂38與轉(zhuǎn)向舵機37通過螺釘固定連接，長連桿40一端設置較大通孔，與滾動軸承外圈過盈配合聯(lián)結(jié)，該滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔通過連桿螺栓41與轉(zhuǎn)向舵機擺臂38連接，長連桿40另一端設置較小螺紋孔；短連桿42一端設置較大通孔與滾動軸承外圈過盈配合聯(lián)結(jié)，該滾動軸承內(nèi)圈內(nèi)孔通過連桿螺栓41與長連桿40螺紋孔連接，短連桿42另一端設置D形通孔。在前叉5的大徑段設置一個平面，并在該平面上設置螺紋孔，使該螺紋孔與塞打螺栓7聯(lián)結(jié)，在前叉5的階梯段設置一個平面，成為D形軸，與短連桿42的D形孔過盈配合聯(lián)結(jié)。轉(zhuǎn)向輪6與塞打螺栓7剛性連接，前叉5與法蘭軸承17過盈配合連接，法蘭軸承17與臥式支撐座8過盈配合連接，止推軸承9固定在前叉5與臥式支撐座8上方，一起構(gòu)成小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)。

如圖6所示，剎車舵機43通過傳感器固定螺栓33與剎車舵機支架18剛性連接，剎車輪45與輪軸26過盈配合連接，剎車片44與剎車舵機43剛性連接，剎車片44與剎車輪45同軸配合，一起構(gòu)成小車剎車系統(tǒng)。

小車的兩個車輪3與轉(zhuǎn)向輪6構(gòu)成小車的三點支承結(jié)構(gòu)，當處于三根支承桿11之間的重物24開始下落，通過重物螺釘23拉動牽引線22經(jīng)繞線輪13的變換作用改變運動方向，驅(qū)動啟動器25，啟動器25驅(qū)動驅(qū)動器軸21，驅(qū)動器軸21驅(qū)動相互嚙合的大齒輪28和小齒輪27，從而驅(qū)動輪軸26轉(zhuǎn)動。在輪軸26兩端均設置單向軸承46與法蘭盤2，法蘭盤2結(jié)構(gòu)包括一大一小兩個同心圓柱凸臺，在法蘭盤2中心軸線位置設置通孔，使單向軸承46的內(nèi)圈和輪軸26過盈配合聯(lián)結(jié)，使單向軸承46的外圈與該通孔過渡配合聯(lián)結(jié)。兩側(cè)車輪3中心軸線位置均設置一個較大通孔，其與法蘭盤2小圓柱凸臺間隙配合聯(lián)結(jié)，在法蘭盤2小圓柱凸臺外周，在其大圓柱凸臺外側(cè)面均勻設置三個螺紋孔，該三個螺紋孔與車輪3上沿著其中心通孔外周均勻設置的三個通孔相對應，采用機械設計常用的螺紋聯(lián)結(jié)方式聯(lián)結(jié)車輪3和法蘭盤2，使得小車兩側(cè)的車輪3可以差動方式驅(qū)動小車前進。在小車前進時，把電池盒36上的電源打開，小車出發(fā)前，根據(jù)坡道距離出發(fā)點的位置，調(diào)整牽引線22在繞線輪13雙滑輪結(jié)構(gòu)大小滑輪上的卷繞長度，使小車爬坡時繞線處于大滑輪位置，小車以較大驅(qū)動力矩爬坡，在平直及下坡行走則處于繞線處于小滑輪位置，小車以較小驅(qū)動力矩行走。在平直道路行走，超聲波測距傳感器34獲取的距離信息傳送至單片機工控板29，經(jīng)其處理后發(fā)送方向調(diào)整信號給轉(zhuǎn)向舵機37以調(diào)整轉(zhuǎn)向輪6的偏角，使兩超聲波測距傳感器34獲得的距離不斷向相等值接近，使小車繞過前方的障礙物，以完成避障行走。小車下坡時，超聲波測距傳感器34檢測到下坡信號，將信號傳送給單片機工控板29處理，單片機工控板29輸出剎車信號給剎車舵機43，剎車舵機43驅(qū)動剎車片44與剎車輪45接觸，使小車制動減速下坡。單片機工控板29設置過近保護功能，小車距離障礙物距離過近時，觸發(fā)紅外避障傳感器31發(fā)出信號給單片機工控板29，經(jīng)其處理后發(fā)送方向調(diào)整信號給轉(zhuǎn)向舵機37調(diào)整轉(zhuǎn)向輪6角度，以防止小車撞上障礙物，同時單片機工控板29設定最大偏角防止轉(zhuǎn)向輪6偏角過大，避免小車翻倒或繞圈行走。

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