本實(shí)用新型涉及無碳小車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自動避障式無碳小車。

背景技術(shù)：

設(shè)計(jì)并制作無碳小車已逐漸成為地區(qū)性乃至國家級的機(jī)械設(shè)計(jì)比賽。無碳小車是以重力勢能為驅(qū)動能量的，具有連續(xù)避障功能的小車。小車為三輪結(jié)構(gòu)，其中一輪為轉(zhuǎn)向輪，另外二輪為行進(jìn)輪，允許二行進(jìn)輪中的一個(gè)輪為從動輪。小車應(yīng)具有賽道障礙識別、軌跡判斷及自動轉(zhuǎn)向功能和制動功能，這些功能可由機(jī)械或電控裝置自動實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有的具有連續(xù)避障功能無碳小車大多未設(shè)置剎車裝置與有效的避障傳感器，導(dǎo)致行進(jìn)時(shí)容易因速度過快而翻覆或開環(huán)控制無法有效檢測障礙物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本實(shí)用新型提供一種自動避障式無碳小車，解決了現(xiàn)有無碳小車無法檢測障礙物及無法剎車以減速或到位停車的問題。

為解決上述的技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

提供一種自動避障式無碳小車，包括底盤，底盤兩端分別設(shè)置有傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器；傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器之間設(shè)置有與傳動機(jī)構(gòu)連接的驅(qū)動機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)向控制器與設(shè)置于底盤底部的前輪連接，并在轉(zhuǎn)向控制器遠(yuǎn)離傳動機(jī)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有避障檢測裝置；

傳動機(jī)構(gòu)包括平行設(shè)置于底盤上的主動軸和從動軸；主動軸與從動軸上分別固定有相嚙合的齒輪；主動軸上設(shè)置有制動機(jī)構(gòu)；從動軸兩端分別固定有第一后輪和第二后輪；

驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于底盤上的支撐桿組；支撐桿組包括至少三根支撐桿，頂部設(shè)置有頂板；頂板上設(shè)置有繞線輪；支撐桿組內(nèi)設(shè)置有重物，重物頂部系有通過繞線輪與主動軸纏繞的線繩；

避障檢測裝置包括設(shè)置于底盤上，遠(yuǎn)離傳動機(jī)構(gòu)端的第一超聲波測距傳感器、第一光電開關(guān)和第二光電開關(guān)；并在底盤一側(cè)設(shè)置有第二超聲波測距傳感器；第一超聲波測距傳感器、第二超聲波測距傳感器、第一光電開關(guān)、第二光電開關(guān)、制動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器均與設(shè)置于底盤上的主控芯片和電源連接。

采用上述方案的有益效果為：

避障檢測器檢測小車四周是否存在障礙物，并將檢測信號傳輸至主控芯片，主控芯片根據(jù)檢測信號，通過轉(zhuǎn)向控制器控制小車轉(zhuǎn)向，或通過制動機(jī)構(gòu)使小車停止運(yùn)動，避免小車與障礙物碰撞。

同時(shí)，采用重物下落的重力勢能為無碳小車提供前進(jìn)的動力，從而避免使用傳統(tǒng)化石能源作為驅(qū)動小車行進(jìn)的能量，降低了能源的消耗，節(jié)約了成本。

優(yōu)選地，底盤上平行設(shè)置有主動軸軸承座和從動軸軸承座；主動軸軸承座包括位于同一直線的主動軸第一軸承座和主動軸第二軸承座；從動軸軸承座包括位于同一直線的從動軸第一軸承座和從動軸第二軸承座；主動軸第一軸承座和主動軸第二軸承座之間設(shè)置有主動軸；從動軸第一軸承座和從動軸第二軸承座之間設(shè)置有從動軸；主動軸和從動軸上分別設(shè)置有相嚙合的主動齒輪和從動齒輪。

優(yōu)選地，制動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于主動軸端側(cè)的剎車棘輪，剎車棘輪下方的底盤上設(shè)置有與主控芯片連接的剎車舵機(jī)，并在剎車舵機(jī)的舵盤上固定有與剎車棘輪卡合的剎車片。

采用上述優(yōu)選方案的有益效果為：

當(dāng)小車無法通過轉(zhuǎn)向來規(guī)避障礙物，或通過目測或延時(shí)判定其已到達(dá)指定位置時(shí)，剎車舵機(jī)在主控芯片的控制下，帶動剎車片旋轉(zhuǎn)，通過剎車片卡住剎車棘輪的方式，使主動軸停止轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速減慢，即可實(shí)現(xiàn)使小車停止運(yùn)動或減速的目的，避免小車在運(yùn)動時(shí)出現(xiàn)無法控制的情況。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)向控制器包括固定于底盤上的前叉支架；前叉支架上垛疊有舵機(jī)支架；舵機(jī)支架頂部開有凹槽，凹槽內(nèi)固定有舵機(jī)支撐板；舵機(jī)支撐板上設(shè)置有貫穿舵機(jī)支撐板的轉(zhuǎn)向舵機(jī)，轉(zhuǎn)向舵機(jī)分別與主控芯片和設(shè)置于前叉支架內(nèi)的前叉連接；前叉與前輪連接。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)向舵機(jī)的舵盤與底盤平行。

優(yōu)選地，主動軸為階梯軸。

采用上述優(yōu)選方案的有益效果為：

主動軸為階梯軸，可根據(jù)無碳小車運(yùn)動時(shí)負(fù)載與所需力矩選擇不同直徑的主動軸進(jìn)行繞線。

優(yōu)選地，第一后輪通過隨輪動后輪軸套和軸承活動設(shè)置于從動軸一端；第二后輪通過隨軸動后輪軸套及固定銷固定于從動軸另一端。

采用上述優(yōu)選方案的有益效果為：

第一后輪可相對于從動軸轉(zhuǎn)動，而第二后輪固定于從動軸上，跟隨從動軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)小車需要改變運(yùn)動方向時(shí)，不用通過轉(zhuǎn)向控制器調(diào)節(jié)，通過第一后輪和第二后輪的轉(zhuǎn)速差即可實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。

優(yōu)選地，第一光電開關(guān)和第二光電開關(guān)分別傾斜設(shè)置于第一超聲波測距傳感器兩側(cè)。

采用上述優(yōu)選方案的有益效果為：

盡可能的增大了對無碳小車周圍障礙物的檢測范圍，保證了無碳小車運(yùn)動的安全性。

本實(shí)用的有益效果為：

本裝置由重物提供輸入驅(qū)動力，重物由底盤中部設(shè)置的三根支撐桿組與頂板支撐；重物頂端系有一根細(xì)線，細(xì)線通過繞線輪纏繞固定在主動軸上；重物下落時(shí)，細(xì)線拉動主動軸旋轉(zhuǎn)，并通過主動齒輪-從動齒輪傳動至從動軸，以帶動后輪旋轉(zhuǎn)作為前進(jìn)動力；主動軸端側(cè)設(shè)置有剎車棘輪，無碳小車剎車時(shí)，剎車棘輪可被設(shè)置于底盤上的剎車舵機(jī)帶動剎車片旋轉(zhuǎn)卡住以止轉(zhuǎn)主動軸。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的左視圖；

圖2為本實(shí)用新型的右視圖；

圖3為本實(shí)用新型的俯視圖；

圖4為前叉結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的電路原理框圖。

其中，1、底盤；2、頂板；3、第一傳感器支架；4、第二傳感器支架；5、第三傳感器支架；6、前叉支架；7、舵機(jī)支架；8、舵機(jī)支撐板；9、主動軸第一軸承座；10、主動軸第二軸承座；11、從動軸第一軸承座；12、從動軸第二軸承座；13、重物；14、支撐桿組；15、繞線輪；16、滑輪軸承；17、滑輪軸；18、剎車棘輪；19、剎車片；20、剎車舵機(jī)；21、主動軸；22、主動齒輪；23、轉(zhuǎn)向舵機(jī)；24、從動齒輪；25、從動軸；26、前輪；27、前輪軸；28、第一后輪；29、第二后輪；30、隨輪動后輪軸套；31、隨軸動后輪軸套；32、固定銷；33、前叉；34、主控芯片；35、第一光電開關(guān)；36、第二光電開關(guān)；37、第一超聲波測距傳感器；38、第二超聲波輔助測距傳感器；39、電源。

具體實(shí)施方式

下面對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本實(shí)用新型，但應(yīng)該清楚，本實(shí)用新型不限于具體實(shí)施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)用新型創(chuàng)造均在保護(hù)之列。

如圖1和圖4所示，該自動避障式無碳小車，包括底盤1，底盤1兩端分別設(shè)置有傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器，在傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器之間設(shè)置有用于為無碳小車提供動力的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)連接；轉(zhuǎn)向控制器用于調(diào)整無碳小車行進(jìn)方向，其與設(shè)置于底盤1底部的前輪26連接，并在轉(zhuǎn)向控制器遠(yuǎn)離傳動機(jī)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有避障檢測裝置，用以檢測無碳小車周圍是否存在障礙物。

如圖1、圖2和圖3所示，傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置于底盤1一端，包括平行設(shè)置于底盤1上的主動軸軸承座和從動軸軸承座，其中，動軸軸承座包括位于同一直線的主動軸第一軸承座9和主動軸第二軸承座10，并在主動軸第一軸承座9和主動軸第二軸承座10之間設(shè)置于主動軸21；從動軸軸承座包括位于同一直線的從動軸第一軸承座11和從動軸第二軸承座12，在從動軸第一軸承座11和從動軸第二軸承座12之間設(shè)置有從動軸25，從動軸25兩側(cè)分別設(shè)置有第一后輪28和第二后輪29。

如圖1所示，主動軸21和從動軸25上分別設(shè)置有相嚙合的主動齒輪22和從動齒輪24，主動軸21通過相嚙合的主動齒輪22和從動齒輪24來帶動從動軸25轉(zhuǎn)動。

如圖1所示，第一后輪28中心嵌套有隨輪動后輪軸套30，隨輪動后輪軸套30內(nèi)部設(shè)置有軸承，第一后輪28活動設(shè)置于從動軸25一端，作為從動輪，可相對于從動軸25轉(zhuǎn)動；第二后輪29中心嵌套有隨軸動后輪軸套31，隨軸動后輪軸套31徑向開孔，并通過固定銷32固定于從動軸25另一端，作為主動輪，跟隨從動軸25轉(zhuǎn)動，當(dāng)無碳小車需要調(diào)整運(yùn)動方向時(shí)，通過調(diào)節(jié)第一后輪28和第二后輪29的轉(zhuǎn)速，形成轉(zhuǎn)速差，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的目的。

如圖1和圖2所示，主動軸21上還設(shè)置有制動機(jī)構(gòu)，其包括設(shè)置于主動軸21端側(cè)的剎車棘輪18和安裝于剎車棘輪18下方底盤1上的剎車舵機(jī)20，剎車舵機(jī)20與設(shè)置于底盤1上的主控芯片24連接，并在剎車舵機(jī)20的舵盤上設(shè)置有剎車片19，剎車舵機(jī)20在主控芯片24的控制下帶動剎車片19旋轉(zhuǎn)卡住剎車棘輪18，以止轉(zhuǎn)主動軸21，以使無碳小車減速或停止運(yùn)動。

同時(shí)，剎車舵機(jī)20的旋轉(zhuǎn)行程應(yīng)滿足在初始位置時(shí)剎車片19未卡住剎車棘輪18，而在末位置時(shí)剎車片19可恰當(dāng)卡住剎車棘輪18以止轉(zhuǎn)主動軸21。

如圖1和圖2所示，為裝置提供動力的驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于底盤1中部，即傳動機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器之間，其包括豎直設(shè)置于底盤1上的支撐桿組14，支撐桿組14包括至少三根支撐桿，支撐桿組14截面呈三角形，具有內(nèi)部空間，在支撐桿組14頂部設(shè)置有頂板2，頂板2上端設(shè)置有繞線輪15，繞線輪15內(nèi)部中心設(shè)置有滑輪軸承16，滑輪軸17穿過滑輪軸承16，固定于頂板2上端。

如圖1所示，繞線輪15一部分位于頂板2上端，一部分位于頂板2下端，并可繞滑輪軸承16轉(zhuǎn)動，在支撐桿組14內(nèi)設(shè)置有重物13，重物13頂部系有線繩，線繩通過繞線輪15纏繞于主動軸21上，重物13下落時(shí)，線繩拉動主動軸21旋轉(zhuǎn)，并通過相嚙合的主動齒輪22和從動齒輪24傳動至從動軸25，以帶動第一后輪28和第二后輪29旋轉(zhuǎn)，采用重力勢能為無碳小車提供前進(jìn)動力，避免使用傳統(tǒng)化石能源作為驅(qū)動小車行進(jìn)的能量，降低了能源的消耗，節(jié)約了成本。

同時(shí)，主動軸21為階梯軸，可根據(jù)無碳小車運(yùn)動時(shí)負(fù)載與所需力矩選擇不同直徑的主動軸21進(jìn)行繞線。

如圖1和圖2所示，底盤1另一端設(shè)置有轉(zhuǎn)向控制器，其包括固定于底盤1上的前叉支架6；前叉支架6上垛疊有舵機(jī)支架7；舵機(jī)支架7頂部開有凹槽，凹槽內(nèi)固定有舵機(jī)支撐板8；舵機(jī)支撐板8上設(shè)置有貫穿舵機(jī)支撐板8，并延伸至前叉支架6內(nèi)的轉(zhuǎn)向舵機(jī)23，轉(zhuǎn)向舵機(jī)23的舵盤與底盤1平行。

如圖4所示，轉(zhuǎn)向舵機(jī)23分別與主控芯片34和設(shè)置于前叉支架6內(nèi)的前叉33連接；前叉33上部為可在前叉支架6內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圓柱體，下部為中空且兩側(cè)底部開設(shè)有圓槽的長方體；前輪26通過前輪軸27安裝于前叉33下部，且前輪26可相對于前輪軸27轉(zhuǎn)動；用以調(diào)整無碳小車的前進(jìn)方向。

如圖1、圖2和圖3所示，在轉(zhuǎn)向控制器遠(yuǎn)離驅(qū)動機(jī)構(gòu)的一側(cè)設(shè)置有避障檢測裝置，其包括設(shè)置于底盤1上的第一傳感器支架3、第二傳感器支架4和第三傳感器支架5；第一傳感器支架3上設(shè)置有第一超聲波測距傳感器37，底盤1一側(cè)設(shè)置有第二超聲波測距傳感器38；第二傳感器支架4和第三傳感器支架5上分別設(shè)置有第一光電開關(guān)35和第二光電開關(guān)36。

同時(shí)，第一超聲波測距傳感器37、第二超聲波測距傳感器38、第一光電開關(guān)35、第二光電開關(guān)36、剎車舵機(jī)20和轉(zhuǎn)向舵機(jī)23均與設(shè)置于底盤1上的主控芯片34和電源39連接。

另外，為提升避障檢測裝置的檢測范圍，第二傳感器支架4和第三傳感器支架5均傾斜設(shè)置于第一傳感器支架3兩側(cè)，即第二傳感器支架4設(shè)置于小車左前側(cè)，第三傳感器支架5設(shè)置于小車右前側(cè)，第一傳感器支架3設(shè)置于小車正前方。

如圖1~5所示，該自動避障式無碳小車的行進(jìn)方法為：

步驟一：障礙檢測：無碳小車前部的第一光電開關(guān)35、第二光電開關(guān)36、第一超聲波測距傳感器37分別檢測前部與兩側(cè)是否有障礙物；第二超聲波輔助測距傳感器38檢測小車側(cè)邊方向是否存在障礙物；并將檢測信號傳輸至主控芯片34；

步驟二：轉(zhuǎn)向規(guī)避：若發(fā)現(xiàn)無障礙物的方向，主控芯片34通過轉(zhuǎn)向舵機(jī)23控制前輪26轉(zhuǎn)向一定角度以規(guī)避障礙物，間隔較短時(shí)間后重復(fù)檢測車體周圍障礙物情況；若無碳小車前部與兩側(cè)均存在障礙物，主控芯片34通過轉(zhuǎn)向舵機(jī)23控制前輪26采取急轉(zhuǎn)的方式以調(diào)頭規(guī)避障礙物，或主控芯片34通過剎車舵機(jī)20帶動剎車片19旋轉(zhuǎn)，卡住剎車棘輪18，以使主動軸21停止轉(zhuǎn)動，達(dá)到防止無碳小車與障礙物碰撞的目的；

步驟三：到位剎車：若無碳小車通過目測或延時(shí)判定已到達(dá)指定位置，剎車舵機(jī)20動作，帶動剎車片19旋轉(zhuǎn)卡住以止轉(zhuǎn)主動軸21使得小車停止運(yùn)動。

具體實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)地描述，但不應(yīng)理解為對本專利的保護(hù)范圍的限定。在權(quán)利要求書所描述的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改和變形仍屬本專利的保護(hù)范圍。