8字组国赛报告

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1、8字组无碳小车——经验之谈比赛报告时间:2014年6月——2014年12月目录摘要3目录21“8”字轨迹的实现41.1无碳小车整体结构41.2驱动系统建模分析41.3转向系统的建模分析41.4小车行走轨迹61.4.1A轮行走轨迹61.4.2小车其他轮的轨迹62机械结构设计72.1转向机构。72.1.1机架刚度要求82.1.2考虑温度影响82.1.3考虑地面影响92.1.4考虑装配92.2微调机构92.2.1“V”字形微调机构(如图2)102.2.2正反丝连杆调节机构102.2.3弹簧丝杆调节机构112.3传动及驱动机构112.4轴承座122.5

2、底盘及支架133加工134装配135调试146竞赛147团队组建158小结16参考文献16附录17摘要本项目设计一种重力势能驱动的自动避障小车,整个环节包括小车的轨迹优化,机械结构设计,机械加工,装配,调试和团队组建。无碳小车以“8”形轨迹绕桩循环运行,轨迹曲线的平滑度和形状直接决定了小车的稳定性和绕桩数量。通过建立数学模型,对无碳小车的运动过程进行分析,对模型中各参数进行不断地调整,最终获得了具体的分析结果和直观的轨迹函数图像,从而确定了影响小车运行轨迹的各参数最优值。为无碳小车的调试和优化奠定了基础。无碳小车行走及转向的能量全部由给定重力势

3、能转换而来,小车绕桩数量越多,前进距离越长,性能越好。因此对无碳小车运动规律的研究对提高其性能具有重要意义。在各个环节中,积累了一些教训及经验,为使下届竞赛参赛的学弟学妹们少走弯路,特作该调查报告。本文是以“轨迹仿真设计,机械结构设计,加工,装配,调试,竞赛,团队组建”七个部分展开叙述的。关键词:无碳小车重力势能轨迹数学模型优化1“8”字轨迹的实现1.1无碳小车整体结构为适应大赛赛题,无碳小车整体结构设计为三轮结构,前轮转向,后轮驱动,并且两后轮同为驱动轮,采用单向轴承食两后轮实现差速运动,相当于“分时复用”,从而提高运动平稳性。具体结构如图1

4、所示。图1无碳小车整体结构示意图1.2驱动系统建模分析小车行驶,当重物缓慢下落时,通过牵引线带动绕线轴转动,绕线轴与后轮轴通过齿轮传动,传动比为,则主动轮A前进的距离转向系统的曲柄即在绕线轴上,,曲柄转过的角度1.3转向系统的建模分析转向系统由空间RSSR机构组成,建模求解曲柄L1的输入角和摇杆L3的输出角之间的关系。建立空间直角坐标系,具体如图2所示。图2转向系统中空间RSSR机构示意图铰接点坐标:,,,设计时特别要求:,并且当曲柄L1绕OZ轴转动到YOZ平面内时,摇杆L3与OZ轴保持平行。由几何原理得出(1)根据三角关系可得(2)(3)将式

5、(2)(3)代入式(1)得设则原式可写为求解上式得1.4小车行走轨迹1.4.1A轮行走轨迹无碳小车前轮为转向轮,A轮为主动轮,B轮为从动轮。当重物下落时,主动轮转动驱动小车前进,同时前轮做周期性摆动。前轮转过的角度为时小车前进距离为,整体转过的角度在地面坐标系中,小车转过的角度为时,有1.4.2小车其他轮的轨迹以轮A为参考,在小车的运动坐标系中,轮B的坐标,C的坐标在地面坐标系中,有在程序中给各参数赋初始值,通过不断地对各参数进行调整,最终得出较为合理的轨迹函数图像,如图3所示。从函数图像中看出,曲线光滑、连续,没有较大的突变,此时的各参数值即

6、为理论上的最优值,具体值为:齿轮传动比为18/68,绕线轴半径为4,后轮半径R为150/2,曲柄L1为30.,连杆L2为110.7,转向杆L3为39,为50,为50,为117.5。图3无碳小车运行轨迹函数图像其中在找寻能模拟出8字轨迹的初始参数的过程还是比较困难的,当找到初始参数后,对参数进行调整使“8”字轨迹仅可能重合,并趋于平滑的曲线,从而找到最佳的轨迹参数。通过对程序的调试,也可发现模拟轨迹的重合度对参数的精度要求极高,轨迹的重合度越高则参数精度就越高。2机械结构设计设计是决定后期成败的最关键因素。设计是基础,是方向,方向一旦选错,即便后

7、来做的很好,也是无可挽回的,所以,一开始必须花大量的时间投入大量的精力去设计,去验证,不要急于赶进度,不要满足于现状,眼光要放远,在这里我主要讲一下无碳小车设计时的注意事项:2.1转向机构。转向机构可以为凸轮转向机构和曲柄转向机构。曲柄转向机构又可分为曲柄连杆机构和曲柄滑块机构。曲柄连杆机构又可分为RSSR空间四杆机构和平面四杆机构。我们采用的是RSSR空间四杆机构,这里重点讲述。2.1.1机架刚度要求图4这里我首先举一个例子,要求做一个水缸,甲公司负责做缸盖,乙公司负责做缸体。如果乙公司不小心把缸体做小了,当把缸盖盖到缸体的时候,可以说缸盖相

8、对于缸体太大,也可以说缸体相对于缸盖太小。图4中机架A就相当于上例中的缸体,连杆相当与上例中的缸盖,当小车按理论值做好挂上重物后,机架A会发生如图5的

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1、8字组无碳小车——经验之谈比赛报告时间:2014年6月——2014年12月目录摘要3目录21“8”字轨迹的实现41.1无碳小车整体结构41.2驱动系统建模分析41.3转向系统的建模分析41.4小车行走轨迹61.4.1A轮行走轨迹61.4.2小车其他轮的轨迹62机械结构设计72.1转向机构。72.1.1机架刚度要求82.1.2考虑温度影响82.1.3考虑地面影响92.1.4考虑装配92.2微调机构92.2.1“V”字形微调机构(如图2)102.2.2正反丝连杆调节机构102.2.3弹簧丝杆调节机构112.3传动及驱动机构112.4轴承座122.5

2、底盘及支架133加工134装配135调试146竞赛147团队组建158小结16参考文献16附录17摘要本项目设计一种重力势能驱动的自动避障小车,整个环节包括小车的轨迹优化,机械结构设计,机械加工,装配,调试和团队组建。无碳小车以“8”形轨迹绕桩循环运行,轨迹曲线的平滑度和形状直接决定了小车的稳定性和绕桩数量。通过建立数学模型,对无碳小车的运动过程进行分析,对模型中各参数进行不断地调整,最终获得了具体的分析结果和直观的轨迹函数图像,从而确定了影响小车运行轨迹的各参数最优值。为无碳小车的调试和优化奠定了基础。无碳小车行走及转向的能量全部由给定重力势

3、能转换而来,小车绕桩数量越多,前进距离越长,性能越好。因此对无碳小车运动规律的研究对提高其性能具有重要意义。在各个环节中,积累了一些教训及经验,为使下届竞赛参赛的学弟学妹们少走弯路,特作该调查报告。本文是以“轨迹仿真设计,机械结构设计,加工,装配,调试,竞赛,团队组建”七个部分展开叙述的。关键词:无碳小车重力势能轨迹数学模型优化1“8”字轨迹的实现1.1无碳小车整体结构为适应大赛赛题,无碳小车整体结构设计为三轮结构,前轮转向,后轮驱动,并且两后轮同为驱动轮,采用单向轴承食两后轮实现差速运动,相当于“分时复用”,从而提高运动平稳性。具体结构如图1

4、所示。图1无碳小车整体结构示意图1.2驱动系统建模分析小车行驶,当重物缓慢下落时,通过牵引线带动绕线轴转动,绕线轴与后轮轴通过齿轮传动,传动比为,则主动轮A前进的距离转向系统的曲柄即在绕线轴上,,曲柄转过的角度1.3转向系统的建模分析转向系统由空间RSSR机构组成,建模求解曲柄L1的输入角和摇杆L3的输出角之间的关系。建立空间直角坐标系,具体如图2所示。图2转向系统中空间RSSR机构示意图铰接点坐标:,,,设计时特别要求:,并且当曲柄L1绕OZ轴转动到YOZ平面内时,摇杆L3与OZ轴保持平行。由几何原理得出(1)根据三角关系可得(2)(3)将式

5、(2)(3)代入式(1)得设则原式可写为求解上式得1.4小车行走轨迹1.4.1A轮行走轨迹无碳小车前轮为转向轮,A轮为主动轮,B轮为从动轮。当重物下落时,主动轮转动驱动小车前进,同时前轮做周期性摆动。前轮转过的角度为时小车前进距离为,整体转过的角度在地面坐标系中,小车转过的角度为时,有1.4.2小车其他轮的轨迹以轮A为参考,在小车的运动坐标系中,轮B的坐标,C的坐标在地面坐标系中,有在程序中给各参数赋初始值,通过不断地对各参数进行调整,最终得出较为合理的轨迹函数图像,如图3所示。从函数图像中看出,曲线光滑、连续,没有较大的突变,此时的各参数值即

6、为理论上的最优值,具体值为:齿轮传动比为18/68,绕线轴半径为4,后轮半径R为150/2,曲柄L1为30.,连杆L2为110.7,转向杆L3为39,为50,为50,为117.5。图3无碳小车运行轨迹函数图像其中在找寻能模拟出8字轨迹的初始参数的过程还是比较困难的,当找到初始参数后,对参数进行调整使“8”字轨迹仅可能重合,并趋于平滑的曲线,从而找到最佳的轨迹参数。通过对程序的调试,也可发现模拟轨迹的重合度对参数的精度要求极高,轨迹的重合度越高则参数精度就越高。2机械结构设计设计是决定后期成败的最关键因素。设计是基础,是方向,方向一旦选错,即便后

7、来做的很好,也是无可挽回的,所以,一开始必须花大量的时间投入大量的精力去设计,去验证,不要急于赶进度,不要满足于现状,眼光要放远,在这里我主要讲一下无碳小车设计时的注意事项:2.1转向机构。转向机构可以为凸轮转向机构和曲柄转向机构。曲柄转向机构又可分为曲柄连杆机构和曲柄滑块机构。曲柄连杆机构又可分为RSSR空间四杆机构和平面四杆机构。我们采用的是RSSR空间四杆机构,这里重点讲述。2.1.1机架刚度要求图4这里我首先举一个例子,要求做一个水缸,甲公司负责做缸盖,乙公司负责做缸体。如果乙公司不小心把缸体做小了,当把缸盖盖到缸体的时候,可以说缸盖相

8、对于缸体太大,也可以说缸体相对于缸盖太小。图4中机架A就相当于上例中的缸体,连杆相当与上例中的缸盖,当小车按理论值做好挂上重物后,机架A会发生如图5的

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