以重力势能驱动可多扭矩控制速度的自行小车的制作方法

本发明涉及自行小车，尤其涉及以重力势能驱动可多扭矩控制速度的自行小车。

背景技术：

重力势能驱动自控行走小车是一种将重力势能转换为机械能，用来驱动小车行走的装置，小车为三轮结构，其中前轮为转向轮，两个后轮为行进轮，小车行进的所需能量来自给定的重力势能，并采用电控机构控制小车的转向。

在自行小车的比赛过程中，根据规则以自行小车行进的距离和绕过障碍物的数量来评定成绩。赛道设置为环形，中心线长30m，小车在行进过程中除在水平赛道上绕障外，还需爬上一个高为40mm的坡道，上坡坡度3°，长约706mm；在坡顶行进250mm后，再下坡，下坡坡度1.5°，长约1527mm。小车有两个起跑线，分别位于水平绕障赛道和上坡坡道的前1m以上某处。

如果自行小车只设计成一种扭矩输出，扭矩过高，虽能爬上坡，但会导致行走速度过高，在绕障及拐弯时将会因惯性侧翻；扭矩过低，行走速度上不来将爬不上坡。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种以重力势能驱动可多扭矩控制速度的自行小车，采用具有不同轴径的绕线轴，当小车采用不同的绕线方式，行进到不同的赛道阶段时，随着标准砝码的下落，带动绕线轴旋转，使小车具有不同的驱动扭矩和不同的行进速度，以实现爬坡、下坡和绕障碍等功能。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

以重力势能驱动可多扭矩控制速度的自行小车，具有底板，底板的后端两侧各设有一个行进轮，两个行进轮通过设置在底板上的行进轮轴连接，所述行进轮轴上设有小齿轮；还包括绕线轴，所述绕线轴为多轴颈阶梯轴，绕线轴设置在底板上，绕线轴的一端上设有大齿轮，所述大齿轮和小齿轮啮合，底板的中间垂直设有支架，支架的顶端设有滑轮，线绳的一端绕过滑轮缠绕在绕线轴上，线绳的另一端连接标准砝码。

优选地，所述绕线轴的中间轴颈轴径为dmax，左边轴颈轴径依次为d2和d1，右边轴颈轴径依次为d3和d4，其中dmax大于d2、d1、d3和d4，d2≠d1，d3≠d4。

优选地，所述线绳的一端从绕线轴的中间轴颈向左边轴颈或右边轴颈依次绕线。

优选地，所述线绳的一端从绕线轴的一端依次经过中间轴颈向另一端绕线。

优选地，所述绕线轴的中间轴颈的轴肩上设有绕线防滑槽。

优选地，所述绕线轴上还设有穿线孔，通过穿线孔将线绳的一端固定于绕线轴4上。

本发明的有益效果：

1)本发明实现重力势能多扭矩输出仅与绕线轴颈的排列顺序和个数有关，适应性强。

2)本发明整个重力势能输出装置对制造精度要求都不高，零件数量少，制造成本比较低，材质可采用铝合金制成，重量轻。

3)本发明的线绳绕线时只需根据赛道阶段所需输出扭矩和行进速度的要求选择起止绕线轴颈和各自绕圏数即可，操作简便、快捷。

附图说明

图1为本发明所述以重力势能驱动可多扭矩控制速度的自行小车的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明所述的绕线轴的轴向剖面图。

图4为本发明所述的绕线轴的轴视图。

图5为自行小车参加比赛的赛道示意图。

其中：

1.标准砝码；2.滑轮；3.线绳；4.绕线轮；5.大齿轮；6.小齿轮；7.行进轮；8.底板；9.支架；10.绕线防滑槽；11.穿线孔；12.第二起跑线；13.弯道；14.障碍；15.赛道；16.第一起跑线；17.下坡道；18.上坡道。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的以重力势能驱动可多扭矩控制速度的自行小车，包括底板8，底板8的后端两侧各设有一个行进轮7，两个行进轮7通过设置在底板8上的行进轮轴连接，所述行进轮轴上设有小齿轮6；还包括绕线轴4，如图3所示，所述绕线轴4为多轴径阶梯轴，绕线轴4设置在底板8上，绕线轴4的中间段轴径为dmax，左边段轴径依次为d2和d1，右边段轴径依次为d3和d4。如图4所示，绕线轴4的中间轴颈的轴肩上设有绕线防滑槽10，绕线轴4上还设有穿线孔11，通过穿线孔11将线绳3的一端固定于绕线轴4上。

绕线轴4的一端上设有大齿轮5，所述大齿轮5和小齿轮6啮合，底板8的中间垂直设有支架9，支架9的顶端设有滑轮2，绕线3的一端绕过滑轮2缠绕在绕线轴4上，有两种绕线方式，方式一：线绳3的一端从绕线轴4的中间轴颈向左边轴颈或右边轴颈依次绕线；方式二：线绳3的一端从绕线轴4的向左边轴颈或右边轴颈向中间轴颈依次绕线。方式三：从绕线轴4的左边轴颈或右边轴颈依次经过中间轴颈向右边轴颈或左边轴颈依次绕线。线绳3的另一端连接标准砝码1。

本发明的工作原理：

小车的驱动力决定于绕线轴4的轴颈，轴颈的直径越大，输出的驱动扭矩就越大，小车就能获得较大的驱动力和较高的行驶速度；轴颈的直径越小，输出的驱动扭矩就越小，小车获得的驱动力就较小，行驶速度也较低。

如果绕线轴4具有多种不同直径的绕线轴颈，当线绳3绕在不同直径的绕线轴颈上时，小车获得的输出驱动扭矩就有多种。

本实施例中，取支架9的高度为400mm，为防止绕线从轴颈分别过渡到轴颈时绕线打滑，在轴颈的两侧面设计有绕线防滑槽10，绕线轴4上还设有穿线孔11，通过穿线孔11将线绳3的一端固定于绕线轴4上。大齿轮5和小齿轮6的齿数比设计为z大齿轮∶z小齿轮＝4∶1，并将行进轮7的直径设计为

小车的比赛赛道如图5所示，

本实施例中采用方式一绕线，自行小车从第二起跑线起跑，标准砝码1下落的高度和自行小车行进的理论距离如表1所示：

表1.方式一绕线

本实施例中采用方式三绕线，自行小车从第一起跑线起跑，标准砝码1下落的高度和自行小车行进的理论距离如表2所示：

表2.方式三绕线

采用第一种绕线方式，小车采用的绕线方式从第二起跑线12起跑，经2m长水平赛道的加速后，能爬上3°的斜坡，到达坡顶时速度降为较低，并在250mm长的水平段绕线方式从的轴颈过渡到的轴颈后下坡，然后逐渐加速，下坡后跑完余下的直道和另一端的弯道，在到达障碍赛道时采用的绕线方式行进，行驶距离达到18.1m，此时，标准砝码1降到底部，小车仍有一定的速度，滑行至速度降为0，滑行距离约3m左右；这样行驶的距离将达到37m以上。

采用第三种绕线方式，小车采用的绕线方式从第一起跑线16起跑后，采用的绕线方式行进的距离达到18.4m，将能完全跑完障碍赛道和弯道13，在距弯道13结束左右时采用的绕线方式加速，经过2m的加速后爬坡，到达坡顶后，采用的绕线方式减速行驶，经下坡加速，到达坡底后，速度得到提升，行驶11m左右后，标准砝码1降到底部，此时，小车仍有一定的速度，滑行至速度降为0，滑行距离约3m；这样行驶的距离将达到35m以上。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。