本发明涉及仅由重力势能提供动力无电动装置驱动的纯机械动力领域，特别涉及一种无碳小车。
背景技术：
小车在行走过程中完成所有动作所需的能量仅有给定重力势能转换而得，没有使用任何其他来源的能量。驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。该给定重力势能使用质量为1kg的标准砝码直径50mm高65mm碳钢制作，砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。小车在前行时能够自动绕过跑道上设置的障碍物，障碍物为直径20mm、高200mm的圆棒，并且障碍物之间的距离为700～1300mm，沿场地中线等距离摆放。小车设计目的要求是给定重力势能，自行绕桩前进且运行路程尽可能远，小车应实现两个功能：重力势能的转换和周期性的转向。
在本发明做出之前，目前对于此类小车的发明设计已出现了一些设计方法，基本可以完成行走和绕行的目的，但转向的精准度，能量的损耗难以把控，小车转向周期调节性差。
技术实现要素：
本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种无碳小车。
本发明的技术方案是：
一种无碳小车，其主要技术特征在于，竖直导轨连接底板，定滑轮连接在竖直导轨上，驱动线轮连接驱动轴，驱动轴两端固定有前齿轮，前齿轮与后齿轮齿轮啮合，后齿轮连接后轮轴，后轮轴两端连接大轮，变径线轮位于驱动线轮前且连接在变径线轮轴上，变径线轮轴一端连接曲柄盘，曲柄盘上有径向槽，调节销活动定在曲柄盘上的径向槽内，沿经向槽内不同半径处固定，调节销与滑杆一端通过槽口滑动配合，滑杆另一端与固定在底座上的滑杆支撑通过槽口滑动配合，滑杆上的销与通过摇杆上的槽口与摇杆滑动配合，摇杆一端固定转向轴，转向轴与转向支架转动配合，转向支架连接在底板上，转向支架末端连接转向轮。
所述驱动线轮、驱动轴、前齿轮、后齿轮、后轮轴、大轮、驱动轴支撑、大轮轴支撑构成主动运动机构。
所述变径线轮、变径线轮轴、曲柄盘、调节销、滑杆、滑杆支撑、摇杆、转向轴、转向支架、转向轮、变径线轮轴支撑构成转向运动机构。
本发明的优点和效果在于当小车在转向时，两个轮的速度是不同的，在大轮轴孔内安装有差速器，差速器内孔固定在后轮轴上，可以减小大轮与地面的摩擦损耗从而减少能量损耗。本发明为了能够适应不同周期的环境下行走，采用周期调节方式，线与不同直径的线轮啮合就可实现，改变调节销在曲柄盘径向槽不同半径处的位置也可以实现。
附图说明
图1——本发明结构原理示意图。
图中各部件与标号对应关系如下：
重物1，定滑轮2，竖直导轨3，变径线轮4，驱动线轮5，驱动轴6，前齿轮7，后齿轮8，后轮轴9，大轮10，变径线轮轴11，曲柄盘12，调节销13，滑杆14，滑杆支撑15，摇杆16，转向轴17，转向支架18，转向轮19，变径线轮轴支撑20，驱动轴支撑21，大轮轴支撑22，底板23。
具体实施方式
如图1所示：
包括重物1，定滑轮2，竖直导轨3，变径线轮4，驱动线轮5，驱动轴6，前齿轮7，后齿轮8，后轮轴9，大轮10，变径线轮轴11，曲柄盘12，调节销13，滑杆14，滑杆支撑15，摇杆16，转向轴17，转向支架18，转向轮19，变径线轮轴支撑20，驱动轴支撑21，大轮轴支撑22，底板23。
本发明的运动结构主要分为两个部分主动运动机构和转向运动机构
主动运动机构包括驱动线轮5、驱动轴6、前齿轮7、后齿轮8、后轮轴9、大轮10、驱动轴支撑21、大轮轴支撑22构成。
驱动线轮5通过轴孔配合固定在驱动轴6上，驱动轴6通过轴孔装配在驱动轴支撑21上转动配合，驱动轴支撑21固定在小车底板23上，驱动轴6两端固定前齿轮7，前齿轮7与后齿轮8通过齿轮啮合传动，后齿轮8通过轴孔配合固定在后轮轴9上，后轮轴9两端固定有大轮10，后轮轴9通过轴孔装配在大轮轴支撑22上转动配合，大轮轴支撑22固定在小车底板23上。
转向运动机构包括变径线轮4、变径线轮轴11、曲柄盘12、调节销13、滑杆14、滑杆支撑15，摇杆16，转向轴17，转向支架18，转向轮19，变径线轮轴支撑20。
变径线轮4通过轴孔配合固定在变径线轮轴11上，变径线轮轴11通过轴孔配合与变径线轮轴支撑20转动配合，变径线轮轴支撑20固定在小车底板23上，变径线轮轴11一端固定有曲柄盘12，曲柄盘12上有径向槽，调节销13活动定在曲柄盘12上的径向槽内，可以沿径向槽内不同半径处固定，调节销13与滑杆14一端通过槽口滑动配合，滑杆14另一端与固定在底座23上的滑杆支撑15通过槽口滑动配合，滑杆14上的销与通过摇杆16上的槽口与摇杆16滑动配合，摇杆16一端固定转向轴17，转向轴17与转向支架18转动配合，转向支架18固定在底板23上，转向支架18末端固定有转向轮19。
小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，可以适应放有不同间距障碍物场地，小车在前行时能够自动绕过场地上设置的障碍物。出发端线距第一个障碍及障碍与障碍之间的间距均相同。
通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计：车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构。
车架机构的确定，采用三角形的机构，机构结构疏松，空间较大，对于空间的利用力较好，加工简单。
原动件机构的确定，通过分析带轮机构传动效率虽然较高，但驱动力要求较大，摩擦损耗较大，链轮机构传动效率较低，驱动力较大，机构复杂，综合这几点采用绳轮机构，可调性能较好。
传动件机构的确定，通过分析采用齿轮传动机构，传动精准、传动效率高。
转向机构的确定，采用曲柄连杆式机构，加工简单，成本较低；
行走机构的确定，采用双轮差速驱动，驱动传动平稳，同步驱动转向时摩擦力较小
调节机构的确定，变周期曲柄半径型，调节方便，可以适应长距或短距的调节，适应一定范围的距离调节。
变径线轮的设计轴向划分出不同直径段，不同直径段可以影响转向轮摆动的角度。
本发明具体应用过程简要说明如下：
细绳拴在变径线轮上，一圈一圈反复缠绕在相同直径的轮槽内，细绳再引出缠绕在驱动线轮上，细绳引出绕过定滑轮，绳子终端拴在重物上，重物沿竖直导轨运动，小车的运动结构主要分为主动运动机构和转向运动机构。小车的两个部分主动运动和转向运动同步组合就形成了小车的s型的运动轨迹，从而绕过定距离障碍物。
当重物下滑时通过绳带动驱动线轮转动，驱动线轮通过驱动轴传动，驱动轴带动两端固定前齿轮转动，前齿轮与后齿轮通过齿轮啮合传动带动后齿轮转动，后轮轴定轴转动，固定在后轮轴两端的大轮定轴转动，从而驱动小车前进。
当重物下滑是通过绳带动变径线轮转动，变径线轮通过变径线轮轴传动使得曲柄盘圆周转动，调节销活动定在曲柄盘上的径向槽内，调节销与滑杆一端通过槽口配合形成移动副，调节销在滑杆的槽内往复运动，滑杆另一端固定有销轴与摇杆通过槽配合形成移动副，销轴在摇杆的槽内往复运动，摇杆往复摆动，摇杆一端连接转向轴，转向轴连接转向轮，转向轮往复摆动，以上运动机构使得变径线轮转动时，转向轮形成一定角度的往复摆动，从而使小车变向。
小车的整体传动过程为当重物下落时，细绳通过定滑轮传动，带动驱动线轮转动，驱动线轮轴两端前齿轮定轴转动，后齿轮经齿轮啮合传动，后轮轴定轴转动，大轮定轴转动，实现小车的主运动，同时细绳带动变径线轮转动，变径线轮轴定轴转动，曲柄盘定轴圆周转动，滑杆沿滑杆支撑槽口往复运动，摇杆内往复摆动，转向轮往复摆动，实现小车的换向。
小车的主动运动和转向运动同步组合就形成了小车的s型的运动轨迹，当小车行驶到车头与障碍物大致平齐时，小车的转向轮自行变向，每次行驶到障碍物附近时自行变向，从而绕过定距离障碍物。
当重物下滑驱动小车运动时，经过调节绳子在变径线轮上不同直径槽内缠绕或者改变调节销在曲柄盘在径向槽内不同半径位置，从而实现绕过一定范围内不同间距障碍物目的。