本发明涉及轨道设备领域，具体而言，涉及一种轨道的设计方法及该轨道。
背景技术
传统轨道的两条轨道为相同形状，适用于该种轨道的轨道车车轮需要是活动的以适应在该种轨道的转弯部分行驶，但这种轨道及轨道车只适用于在平面空间上运行，这种平面轨道将占用极大面积的平面空间，从而增加使用轨道的机器的占地面积，使类似于无人售货机的机器不具有由于占地租金太贵而不具有市场竞争力。在很多公共场所，如地铁、机场等，平面面积寸土寸金，而垂直空间确少有人开发，因此，实有必要设计一种能适用于垂直空间或非平面空间的轨道和轨道车，以使垂直空间的价值得到充分利用。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种轨道的设计方法及该轨道，能实现轨道的垂直安装，且轨道车能稳固贴合的在轨道上行走。
本发明采用的技术方案是：提供一种轨道的设计方法，所述轨道用于引导轨道车行走，所述轨道车包括底盘、设置在所述底盘一端侧的第一行走系统和设置在所述底盘另一端侧的第二行走系统，所述轨道包括用于所述第一行走系统行驶的第一轨道沿和用于所述第二行走系统行驶的第二轨道沿，所述轨道设计方法包括以下步骤：
s1建立坐标系；
s2构建轨道车的坐标系模型，并在坐标系中构建一条已知的第一轨道沿或第二轨道沿模型；
s3根据轨道车上的第一行走系统在坐标系中沿第一轨道沿移动的路径换算得到所述第二轨道沿的坐标系模型，或根据轨道车上的第二行走系统在坐标系中沿第二轨道沿移动的路径换算得到所述第一轨道沿的坐标系模型，以使所述轨道车在所述轨道上行走时所述第一行走系统和第二行走系统始终分别与所述第一轨道沿和第二轨道沿紧密接触。
在本发明所述的轨道的设计方法中，所述坐标系为平面直角坐标系，所述第一行走系统包括两个对轮，第二行走系统包括一个独轮，所述独轮至两个所述对轮的距离相同；在坐标系中构建第一轨道沿模型，所述第一轨道沿模型包括依次连接的第一直线段、45度的第一圆弧段、45度的第二圆弧段和第二直线段，所述第一直线段在第二象限内平行于x轴设置且所述第一直线段右端与y轴相交于pf点，所述第一圆弧段放置在第一象限内且其一侧与所述第一直线段相切于pf点、另一侧与所述第二圆弧段相交于pf’点；
所述第二轨道沿位于所述第一轨道沿的内侧，所述第二轨道沿的坐标系模型通过以下方法换算得到：
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至pf点之前，所述第二轨道沿的路径为平行于所述第一直线段的第三直线段，所述第三直线段至所述第一直线段之间的距离与所述独轮至两个所述对轮的连线的距离相同；
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至所述第一圆弧段、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，所述第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定：
xa＝r*sin(t)，
ya＝r*cos(t)，
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2，
yb＝r，
xd＝(xa+xb)/2，
yd＝(ya+yb)/2，
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)，
kab*kcd＝-1，
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2，
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd，
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为所述第一圆弧段的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当所述轨道车的两个对轮均在所述第一圆弧段上移动时，所述第二轨道沿的路径为半径为r的圆弧，r通过下式确定：
(d/2)^2+(h+r)^2＝r^2。
所述第二圆弧段和第二直线段在坐标系内分别与所述第一圆弧段和第一直线段沿pf’点至坐标系原点的直线对称设置，将上述计算的第二轨道沿的路径沿pf’点至坐标系原点的直线对称即得到当所述轨道车的两个对轮在所述第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径。
在本发明所述的轨道的设计方法中，所述坐标系为平面直角坐标系，所述第一行走系统包括两个对轮，第二行走系统包括一个独轮，所述独轮至两个所述对轮的距离相同；在坐标系中构建第一轨道沿模型，所述第一轨道沿模型包括依次连接的第四直线段、45度的第三圆弧段、45度的第四圆弧段和第五直线段，所述第四直线段在第一象限内平行于x轴设置且所述第四直线段左端与y轴相交于pf点，第三圆弧段放置在第二象限内且其一侧与所述第四直线段相切于pf点、另一侧与所述第四圆弧段相交于pf’点；
所述第二轨道沿位于所述第一轨道沿的外侧，所述第二轨道沿的坐标系模型通过以下方法换算得到：
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至pf点之前，所述第二轨道沿的路径为平行于所述第四直线段的第六直线段，所述第六直线段至所述第四直线段之间的距离与所述独轮至两个所述对轮的连线的距离相同；
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至所述第三圆弧段、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，所述第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定：
xa＝-r*sin(t)
ya＝r*cos(t)；
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2
yb＝r
xd＝(xa+xb)/2
yd＝(ya+yb)/2
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)
kab*kcd＝-1
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为所述第一圆弧段的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当所述轨道车的两个对轮均在所述第一圆弧段上移动时，所述第二轨道沿的路径为半径为r的圆弧，r通过下式确定：
(d/2)^2+(r-h)^2＝r^2，
所述第四圆弧段和第四直线段在坐标系内分别与所述第三圆弧段和第三直线段沿pf’点至坐标系原点的直线对称设置，将上述计算的第二轨道沿的路径沿pf’点至坐标系原点的直线对称即得到当所述轨道车的两个对轮在所述第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径。
本发明还提供一种轨道，用于引导轨道车行驶，所述轨道车包括底盘、设置在所述底盘一端侧的第一行走系统和设置在所述底盘另一端侧的第二行走系统，所述轨道包括轨道本体以及分别设置在所述轨道本体两侧的第一轨道沿和第二轨道沿，所述第一轨道沿和第二轨道沿分别用于所述第一行走系统和第二行走系统行驶，所述第一轨道沿和第二轨道沿的几何形状分别与所述第一行走系统和第二行走系统的行走路径相一致，且分别与所述第一行走系统和第二行走系统相嵌合或刚性抵接，使所述轨道车在所述轨道上行走时所述第一行走系统和第二行走系统始终分别与所述第一轨道沿和第二轨道沿紧密接触。
在本发明所述的轨道中，所述轨道车还包括安装在底盘上的驱动齿轮，所述轨道还包括安装在所述轨道本体上、沿所述轨道本体路径延伸的齿条；当所述轨道车在所述轨道上行走时，所述齿条可与所述轨道车驱动齿轮相啮合。
在本发明所述的轨道中，所述第一行走系统包括两个对轮，第二行走系统包括一个独轮，所述独轮至两个所述对轮的距离相同。
在本发明所述的轨道中，所述对轮的轮体平行于所述第一轨道沿设置且轮面设有环状的第一沟槽，所述独轮的轮体平行于所述第二轨道沿设置且轮面设有环状的第二沟槽，所述第一轨道沿的自由端可与所述对轮上的第一沟槽相互嵌合，所述第二轨道沿的自由端可与所述独轮上的第二沟槽相互嵌合。
在本发明所述的轨道中，所述第二轨道沿的形状按照以下方法制得：
建立坐标系；
构建轨道车的坐标系模型，并在坐标系中构建一条已知的第一轨道沿或第二轨道沿模型；
根据轨道车上的第一行走系统在坐标系中沿第一轨道沿移动的路径换算得到所述第二轨道沿的坐标系模型，或根据轨道车上的第二行走系统在坐标系中沿第二轨道沿移动的路径换算得到所述第一轨道沿的坐标系模型。
在本发明所述的轨道中，包括第一90度弯轨，所述第一90度弯轨上的所述第一轨道沿位于所述轨道本体外沿，所述第一90度弯轨上的所述第二轨道沿位于所述轨道本体内沿，所述第一轨道沿模型包括依次连接的第一直线段、45度的第一圆弧段、45度的第二圆弧段和第二直线段，所述坐标系为平面直角坐标系，所述第一直线段在第二象限内平行于x轴设置且所述第一直线段右端与y轴相交于pf点，所述第一圆弧段放置在第一象限内且其一侧与所述第一直线段相切于pf点、另一侧与所述第二圆弧段相交于pf’点；
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至pf点之前，所述第二轨道沿的路径为平行于所述第一直线段的第三直线段，所述第三直线段至所述第一直线段之间的距离与所述独轮至两个所述对轮的连线的距离相同；
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至所述第一圆弧段、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，所述第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定：
xa＝r*sin(t)，
ya＝r*cos(t)，
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2，
yb＝r，
xd＝(xa+xb)/2，
yd＝(ya+yb)/2，
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)，
kab*kcd＝-1，
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2，
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd，
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为所述第一圆弧段的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当所述轨道车的两个对轮均在所述第一圆弧段上移动时，所述第二轨道沿的路径为半径为r的圆弧，r通过下式确定：
(d/2)^2+(h+r)^2＝r^2。
所述第二圆弧段和第二直线段在坐标系内分别与所述第一圆弧段和第一直线段沿pf’点至坐标系原点的直线对称设置，将上述计算的第二轨道沿的路径沿pf’点至坐标系原点的直线对称即得到当所述轨道车的两个对轮在所述第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径。
在本发明所述的轨道中，还包括第二90度弯轨，所述第二90度弯轨上的所述第一轨道沿位于所述轨道本体内沿，所述第一90度弯轨上的所述第二轨道沿位于所述轨道本体外沿，所述第一轨道沿模型包括依次连接的第四直线段、45度的第三圆弧段、45度的第四圆弧段和第五直线段，所述第四直线段在第一象限内平行于x轴设置且所述第四直线段左端与y轴相交于pf点，第三圆弧段放置在第二象限内且其一侧与所述第四直线段相切于pf点、另一侧与所述第四圆弧段相交于pf’点；
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至pf点之前，所述第二轨道沿的路径为平行于所述第四直线段的第六直线段，所述第六直线段至所述第四直线段之间的距离与所述独轮至两个所述对轮的连线的距离相同；
当所述轨道车两个对轮中的前轮移动至所述第一圆弧段、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，所述第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定：
xa＝-r*sin(t)
ya＝r*cos(t)；
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2
yb＝r
xd＝(xa+xb)/2
yd＝(ya+yb)/2
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)
kab*kcd＝-1
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为所述第一圆弧段的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当所述轨道车的两个对轮均在所述第一圆弧段上移动时，所述第二轨道沿的路径为半径为r的圆弧，r通过下式确定：
(d/2)^2+(r-h)^2＝r^2，
所述第四圆弧段和第四直线段在坐标系内分别与所述第三圆弧段和第三直线段沿pf’点至坐标系原点的直线对称设置，将上述计算的第二轨道沿的路径沿pf’点至坐标系原点的直线对称即得到当所述轨道车的两个对轮在所述第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径。
本发明提供的轨道设计方法及轨道利用创新的几何曲面设计使轨道上的轨道车的滑轮能始终和轨道滑轨紧密接触从而使轨道适用于非平面空间及垂直空间。通过将第一90度弯轨、第二90度弯轨和直轨制成标准轨道组件，可组成任意轨迹的完整轨道，在轨道中间安装有齿条，通过轨道车上的驱动齿轮契合齿条，使驱动齿轮转动即可驱动轨道车沿轨道行进。由于轨道中的弯轨部分的几何曲面是根据滑轮的实际轨迹而设计，这样可以保证无论轨道车行进在直轨还是弯轨上，滑轮组和轨道的嵌合是保持稳定一致的。这种设计避免了轨道车需要设计转向轮的需要，从而极大简化了轨道车的机械结构设计；具有结构简单，使用方便，制造成本低等优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中导轨和导轨车连接后的第一视角结构示意图；
图2是本发明实施例中导轨和导轨车连接后的第二视角结构示意图；
图3是本发明实施例中导轨的第一种几何设计原理图；
图4是本发明实施例中导轨的第二种几何设计原理图；
图5是本发明实施例中导轨的第三种几何设计原理图；
图6是本发明实施例中导轨和导轨车连接后的第三视角结构示意图；
图7是本发明实施例中第一90度弯轨的结构示意图；
图8是本发明实施例中第二90度弯轨的结构示意图；
图9是本发明实施例中导轨和导轨车连接后的透视结构示意图；
图10是本发明实施例中导轨和导轨车连接后的第四视角结构示意图；
图11是本发明实施例中导轨和导轨车连接后的第五视角结构示意图；
图12是本发明实施例中直轨的结构示意图；
图13是本发明实施例中第一种组合轨道的结构示意图；
图14是本发明实施例中第二种组合轨道的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种轨道的设计方法，所述轨道1用于引导轨道车2行走，所述轨道车2包括底盘21、设置在底盘21一端侧的第一行走系统22和设置在底盘另一端侧的第二行走系统23，轨道包括轨道本体13、设置在轨道本体13一边侧的第一轨道沿11和设置在轨道本体13另一边侧的第二轨道沿12，第一轨道沿11用于第一行走系统22行驶，第二轨道沿12用于第二行走系统23行驶，该轨道的设计方法包括以下步骤：
s1建立坐标系。
本步骤中的坐标系可以是平面坐标系或三维坐标系。
s2构建轨道车2的坐标系模型，并在坐标系中构建一条已知的第一轨道沿11或第二轨道沿12的模型。
由于第一轨道沿11和第二轨道沿12分别是为轨道车2的第一行走系统22和第二行走系统23而设计的，而轨道车2的模型是已知的，因此，在本步骤中，通过在坐标系中建立已知的轨道车2的模型，并建立一条已知的为第一行走系统22或第二行走系统23行驶的第一轨道沿11或第二轨道沿12的模型来测算另一条轨道沿的模型。
s3根据轨道车上的第一行走系统在坐标系中沿第一轨道沿移动的路径换算得到第二轨道沿的坐标系模型，或根据轨道车上的第二行走系统在坐标系中沿第二轨道沿移动的路径换算得到第一轨道沿的坐标系模型，以使轨道车在轨道上行走时第一行走系统和第二行走系统始终分别与第一轨道沿和第二轨道沿紧密接触。
在本步骤中，另一条未知轨道沿的测算可以是通过二维或三维软件模拟实现通过计算分析得出。
进一步的，第一行走系统22包括两个对轮，第二行走系统23包括一个独轮，独轮至两个对轮的距离相同，即独轮与两个对轮形成等腰三角形。如图3所示，本实施例中的坐标系采用的是平面直角坐标系，在平面直角坐标系中构建第一轨道沿11的模型，第一轨道沿11的模型包括依次连接的第一直线段111、45度的第一圆弧段112、45度的第二圆弧段113和第二直线段114，第一直线段111在第二象限内平行于x轴设置且第一直线段111右端与y轴相交于pf点，第一圆弧段113放置在第一象限内且其一侧与第一直线段111相切于pf点、另一侧与第二圆弧段113相交于pf’点。
当第二轨道沿12位于第一轨道沿11的内侧时，即对轮在轨道1的外沿上行走时，第二轨道沿12的坐标系模型通过以下方法换算得到：
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至pf点之前，第二轨道沿的路径为平行于第一直线段111的第三直线段121，第三直线段121至第一直线段111之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同；
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至第一圆弧段112、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，此时，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定的第一曲线段122：
xa＝r*sin(t)，
ya＝r*cos(t)，
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2，
yb＝r，
xd＝(xa+xb)/2，
yd＝(ya+yb)/2，
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)，
kab*kcd＝-1，
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2，
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd，
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为第一圆弧段112的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当轨道车2的两个对轮均在第一圆弧段112上移动时，第二轨道沿的路径为半径为r的第五圆弧段123，r通过下式确定：
(d/2)^2+(h+r)^2＝r^2。
第二圆弧段113和第二直线段114在坐标系内分别与第一圆弧段112和第一直线段111沿pf’点至坐标系原点o的直线对称设置，由于图形相对于pf’点至坐标系原点o(45度直线)对称，为了简化计算可直接将之前所计算得出的第二轨道沿路径相对45度直线镜像即可得到当轨道车2的两个对轮在第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径，将两段路径连接即为第二轨道沿12的完整路径或形状。
通过上述方法得到的是一个90度转弯的轨道1且第二轨道沿位于第一轨道沿的内侧时的第二轨道沿12，当轨道90度转弯且第二轨道沿12位于第一轨道沿11的外侧时，即对轮在轨道1的内沿上行走时，第二轨道沿12的坐标系模型通过以下方法换算得到：
如图4所示，在坐标系中构建第一轨道沿11的模型，第一轨道沿11的模型包括依次连接的第四直线段115、45度的第三圆弧段116、45度的第四圆弧段117和第五直线段118，第四直线段115在第一象限内平行于x轴设置且第四直线段115左端与y轴相交于pf点，第三圆弧段116放置在第二象限内且其一侧与第四直线段115相切于pf点、另一侧与第四圆弧段117相交于pf’点；
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至pf点之前，第二轨道沿的路径为平行于第四直线段115的第六直线段124，第六直线段124至第四直线段115之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同；
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至第三圆弧段116、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，此时，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定的第二曲线段125：
xa＝-r*sin(t)
ya＝r*cos(t)；
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2
yb＝r
xd＝(xa+xb)/2
yd＝(ya+yb)/2
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)
kab*kcd＝-1
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为第一圆弧段的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当轨道车的两个对轮均在第一圆弧段上移动时，第二轨道沿的路径为半径为r的第六圆弧段126，r通过下式确定：
(d/2)^2+(r-h)^2＝r^2，
第四圆弧段117和第五直线段118在坐标系内分别与第三圆弧段116和第四直线段115沿pf’点至坐标系原点o的直线(即135度直线)对称设置，由于图形相对于135度直线对称，为了简化计算可直接将之前所计算得出的第二轨道沿路径相对135度直线镜像即可得到当轨道车2的两个对轮在第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径，将两段路径连接即为第二轨道沿12的完整路径或形状。
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至pf点之前，第二轨道沿的路径为平行于第四直线段115的第六直线段124，第六直线段124至第四直线段115之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同。
另，如图5所示，还可通过本实施例提供的方法设计直轨，由于第一行走系统22是两个对轮，第二行走系统23是一个独轮，因此，当第一轨道沿11是一条直线路径时，第二轨道沿12是与第一轨道沿11平行的一条直线路径，第一轨道沿11与第二轨道沿12之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同。
在本实施例中，为实现最简设计，对轮和独轮均设计为非动力轮，为使轨道车2能在该轨道上主动行驶，如图6所示，本实施例还在轨道1的轨道本体13上设计有沿轨道本体13路径延伸的齿条14。如图7和图8所示，轨道本体13整体为凹形槽状，在凹形槽侧壁开设有轨道齿条卡口安装孔17，齿条14即通过螺钉固定在轨道本体13凹形槽槽壁上的轨道齿条卡口安装孔17中；在轨道本体13凹形槽的槽底还设有轨道安装孔18，通过螺钉和轨道安装孔18可使轨道1可以垂直的形态固定在墙壁之上，使之不占用平面空间。如图9和图10所示，在轨道车2的底盘21上设有相应的驱动齿轮24，当轨道车2在轨道上1行走时，齿条14可与轨道车2的驱动齿轮24相啮合，通过电机驱动驱动齿轮24旋转即可使轨道车2沿着齿条14的路径行走。齿条14和驱动齿轮24均设置成具有一定的宽度，使两者只要部分啮合即可带动轨道车2行走，因此，即使齿条14的路径与第一轨道沿11或第二轨道沿12具有稍小的偏差，驱动齿轮24亦可与齿条14相啮合，带动轨道车2行进。驱动齿轮24通过步进电机电机控制，使用户可通过驱动齿轮24和齿条14精准控制轨道车2在轨道1上的行进速度和行进距离。本实施例中的齿条14优选采用成本低、易于更换的塑料齿条。
为使轨道车2与轨道1的连接更稳固，使其可以应用到非平面、甚至是垂直的空间状态下，如图10和图11所示，本实施例中的对轮的轮体设置为平行于第一轨道沿11设置且轮面设有环状的第一沟槽15，独轮的轮体平行于第二轨道沿12设置且轮面设有环状的第二沟槽16，对轮的轮体和独轮的轮体处于同一平面，第一轨道沿11的自由端可与对轮上的第一沟槽15相互嵌合，第二轨道沿12的自由端可与独轮上的第二沟槽16相互嵌合。相应的，第一轨道沿11和第二轨道沿12设置在同一平面且均垂直与轨道本体13设置，第一轨道沿11和第二轨道沿12之间的距离与两个对轮的轮体沟槽底部的连线至独轮的轮体沟槽底部的距离相同，使轨道车2安装到轨道1上时，对轮上的第一沟槽15两侧恰好卡合固定在第一轨道沿11上，独轮上的第二沟槽16两侧恰好卡合固定在第二轨道沿12上，从而使轨道车2整体能通过对轮和独轮与轨道1稳固相连，使驱动齿轮24可仅起到提供动力的作用，有效保护了驱动齿轮24的寿命和可靠性。
本实施例还提供一种按照上述方法设计的轨道1，该轨道1用于引导轨道车2行驶，轨道车2包括底盘21、设置在底盘21一端侧的第一行走系统22、设置在底盘另一端侧的第二行走系统23以及安装在底盘21中心位置处的驱动齿轮24，轨道1包括轨道本体13、分别设置在轨道本体两侧的第一轨道沿11和第二轨道沿12以及安装在轨道本体13上、沿轨道本体13路径延伸的齿条14，第一轨道沿11和第二轨道沿12分别用于第一行走系统22和第二行走系统23行驶，第一轨道沿11和第二轨道沿12的几何形状分别与第一行走系统22和第二行走系统23的行走路径相一致，且分别与第第一行走系统22和第二行走系统23相嵌合或刚性抵接，使轨道车2在轨道1上行走时第一行走系统22和第二行走系统23始终分别与第一轨道沿11和第二轨道沿12紧密接触，当轨道车2在轨道1上行走时，齿条14可与轨道车2上的驱动齿轮24相啮合，通过电机驱动驱动齿轮24旋转即可使轨道车2沿着齿条14的路径行走。
进一步地，第一行走系统22包括两个对轮，第二行走系统23包括一个独轮，对轮和独轮均为非动力轮，独轮至两个对轮的距离相同。第一轨道沿11和第二轨道沿12设置在同一平面且均垂直与轨道本体13设置，对轮的轮体平行于第一轨道沿11设置且轮面设有环状的第一沟槽15，独轮的轮体平行于第二轨道沿12设置且轮面设有环状的第二沟槽16，第一轨道沿11的自由端可与对轮上的第一沟槽15相互嵌合，第二轨道沿12的自由端可与独轮上的第二沟槽16相互嵌合。第一轨道沿11和第二轨道沿12之间的距离与两个对轮的轮体沟槽底部的连线至独轮的轮体沟槽底部的距离相同，使轨道车2安装到轨道1上时，对轮上的第一沟槽15两侧恰好卡合固定在第一轨道沿11上，独轮上的第二沟槽16两侧恰好卡合固定在第二轨道沿12上，从而使轨道车2整体能通过对轮和独轮与轨道1稳固相连，使驱动齿轮24可仅起到提供动力的作用，有效保护了驱动齿轮24的寿命和可靠性。齿条14和驱动齿轮24均设置成具有一定的宽度，使两者只要部分啮合即可带动轨道车2行走，因此，即使齿条14的路径与第一轨道沿11或第二轨道沿12具有稍小的偏差，驱动齿轮24亦可与齿条14相啮合，带动轨道车2行进。驱动齿轮24通过步进电机电机控制，使用户可通过驱动齿轮24和齿条14精准控制轨道车2在轨道1上的行进速度和行进距离。本实施例中的齿条14优选采用成本低、易于更换的塑料齿条。
轨道1的形状按照以下方法制得：
建立平面直角坐标系；
构建轨道车2的坐标系模型，并在坐标系中构建一条已知的第一轨道沿11或第二轨道沿12的模型；
根据轨道车2上的第一行走系统22在坐标系中沿第一轨道沿11移动的路径换算得到第二轨道沿12的坐标系模型，或根据轨道车2上的第二行走系统23在坐标系中沿第二轨道沿12移动的路径换算得到第一轨道沿11的坐标系模型。
轨道1包括第一90度弯轨3、第二90度弯轨4和直轨5。其中，如图3和图7所示，第一90度弯轨3上的第一轨道沿11位于轨道本体13外沿，第一90度弯轨上的第二轨道沿12位于轨道本体13内沿，第一轨道沿11包括依次连接的第一直线段111、45度的第一圆弧段112、45度的第二圆弧段113和第二直线段114，第一直线段111在第二象限内平行于x轴设置且第一直线段111右端与y轴相交于pf点，第一圆弧段113放置在第一象限内且其一侧与第一直线段111相切于pf点、另一侧与第二圆弧段113相交于pf’点。
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至pf点之前，第二轨道沿的路径为平行于第一直线段111的第三直线段121，第三直线段121至第一直线段111之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同；
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至第一圆弧段112、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，此时，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定的第一曲线段122：
xa＝r*sin(t)，
ya＝r*cos(t)，
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2，
yb＝r，
xd＝(xa+xb)/2，
yd＝(ya+yb)/2，
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)，
kab*kcd＝-1，
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2，
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd，
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为第一圆弧段112的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当轨道车2的两个对轮均在第一圆弧段112上移动时，第二轨道沿的路径为半径为r的第五圆弧段123，r通过下式确定：
(d/2)^2+(h+r)^2＝r^2。
第二圆弧段113和第二直线段114在坐标系内分别与第一圆弧段112和第一直线段111沿pf’点至坐标系原点o的直线对称设置，由于图形相对于pf’点至坐标系原点o(45度直线)对称，为了简化计算可直接将之前所计算得出的第二轨道沿路径相对45度直线镜像即可得到当轨道车2的两个对轮在第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径，将两段路径连接即为第一90度弯轨3上的第二轨道沿12的完整路径或形状。
如图4和图8所示，第二90度弯轨4上的第一轨道沿11位于轨道本体13内沿，第二90度弯轨4上的第二轨道沿12位于轨道本体13外沿，第一轨道沿11包括依次连接的第四直线段115、45度的第三圆弧段116、45度的第四圆弧段117和第五直线段118，第四直线段115在第一象限内平行于x轴设置且第四直线段115左端与y轴相交于pf点，第三圆弧段116放置在第二象限内且其一侧与第四直线段115相切于pf点、另一侧与第四圆弧段117相交于pf’点；
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至pf点之前，第二轨道沿的路径为平行于第四直线段115的第六直线段124，第六直线段124至第四直线段115之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同；
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至第三圆弧段116、两个对轮中的后轮移动至pf点之前，此时，设定两个对轮中的前轮的坐标为a(xa，ya)，两个对轮中的后轮的坐标为b(xb，yb)，两个对轮中点的坐标为d(xd，yd)，第二轨道沿的路径c(xc，yc)为通过以下方程组确定的第二曲线段125：
xa＝-r*sin(t)
ya＝r*cos(t)；
(xa-xb)^2+(ya-yb)^2＝d^2
yb＝r
xd＝(xa+xb)/2
yd＝(ya+yb)/2
kab＝(ya-yb)/(xa-xb)
kab*kcd＝-1
(xc-xd)^2+(yc-yd)^2＝h^2
(yc-yd)/(xc-xd)＝kcd
其中，d为a、b两点之间的距离，h为c点至直线ab的距离，r为第一圆弧段的半径，kab为直线ab的斜率，kcd为直线cd的斜率，t为a点至坐标系原点的直线和y轴之间的夹角，t的取值范围为[0,max_t]，max_t通过下式确定：
sin(max_t/2)*r＝d/2；
当轨道车的两个对轮均在第一圆弧段上移动时，第二轨道沿的路径为半径为r的第六圆弧段126，r通过下式确定：
(d/2)^2+(r-h)^2＝r^2，
第四圆弧段117和第五直线段118在坐标系内分别与第三圆弧段116和第四直线段115沿pf’点至坐标系原点o的直线(即135度直线)对称设置，由于图形相对于135度直线对称，为了简化计算可直接将之前所计算得出的第二轨道沿路径相对135度直线镜像即可得到当轨道车2的两个对轮在第二圆弧段和第二直线段上移动时的第二轨道沿的路径，将两段路径连接即第二90度弯轨4上的第二轨道沿12的完整路径或形状。
当轨道车2两个对轮中的前轮移动至pf点之前，第二轨道沿的路径为平行于第四直线段115的第六直线段124，第六直线段124至第四直线段115之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同。
如图5和图12所示，对于直轨5而言，由于第一行走系统22是两个对轮，第二行走系统23是一个独轮，因此，当第一轨道沿11是一条直线路径时，第二轨道沿12是与第一轨道沿11平行的一条直线路径，第一轨道沿11与第二轨道沿12之间的距离与独轮至两个对轮的连线的距离相同。
本发明实施例提供的轨道利用创新的几何曲面设计使轨道上的轨道车的滑轮能始终和轨道滑轨紧密接触从而使轨道适用于非平面空间及垂直空间。如图13和图14所示，通过将第一90度弯轨3、第二90度弯轨4和直轨5制成标准轨道组件，可组成任意轨迹的完整轨道，在轨道中间安装有齿条，通过轨道车上的驱动齿轮契合齿条，使驱动齿轮转动即可驱动轨道车沿轨道行进。本实施例中的轨道车上安装有由3个滑轮组成的滑轮组，分别为位于轨道一侧的对轮和轨道另一侧的独轮，滑轮组用于使轨道车嵌合在轨道上并引导轨道车沿轨道走向而行进。由于轨道中的弯轨部分的几何曲面是根据滑轮的实际轨迹而设计，这样可以保证无论轨道车行进在直轨还是弯轨上，滑轮组和轨道的嵌合是保持稳定一致的。这种设计避免了轨道车需要设计转向轮的需要，从而极大简化了轨道车的机械结构设计。在其他实施例中，轨道车还可包括更多的滑轮，相应的轨道的形状可根据滑轮的个数和各个滑轮之间的位置关系改变，但设计方法和原理与上述相同，在此不再赘述。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。