作品名稱：單靠勢能運動的避障車
學校名稱：濰坊學院
參賽隊伍：目標就在眼前
參賽學生：荊春栩 陳立賓 劉強
指導老師：代進 陳紅梅
1、決賽場地及軌跡規劃
1）依據命題假設現場初賽的場景描述
現場初賽比賽場地為 5200mm×2200mm 長方形平面區域，共設立10根障礙樁以及兩塊中間隔板，障礙樁為直徑20mm、高200mm的圓棒，障礙樁之間的間距如圖所示（障礙樁間距指兩個障礙樁中心線之間的距離）。初賽時，兩塊中間隔板之間放置活動隔板，中間隔板和活動隔板為厚度12mm、長度1000mm的隔板。比賽時，第一根障礙樁和第四根障礙樁位置不變，中間兩根障礙樁（第二根障礙樁和第三根障礙樁）的位置沿賽道順時針或逆時針在-300~+300mm 范圍內調整，調整范圍由抽簽決定。針對初始賽道的障礙樁間距，我隊規劃軌跡。
若抽簽后，賽道的障礙樁間距發生變化，則通過驅動車的微調機構進行微調，使其能夠應對各種賽道。
2）擬規劃的現場決賽的場景設計
如圖1.3所示，本賽隊擬規劃決賽現場初賽比賽場地為 5200mm×2200mm 長方形平面區域，共設立12根障礙樁，直線賽道上的樁數各為5根，障礙樁間距為850mm以及兩塊中間隔板，中心線兩側的障礙樁距邊界隔板的距離為200mm。
改環形軌跡為八字軌跡，增加運行方式的難度系數。并針對擬規劃的賽道，規劃軌跡：
3）現場初賽與現場決賽的方案詳細對比分析
將現場初賽與現場決賽的方案詳細對比分析后結論如下
本隊規劃的決賽場地相對于初賽場地，增設兩個障礙樁，障礙樁之間的橫向間距變小，由初賽的1000mm變為850mm，縱向間距不變，仍為550mm；中心線兩側的障礙樁距邊界線的距離減小，由初賽的550mm縮小為200mm。決賽場地，樁間距恒定。為能使驅動車跑出8字軌跡，決賽時場地的兩塊中間隔板之間，不放置活動隔板。
本隊的決賽擬運行方式也由初賽的環形改為8字。
因為繞過的障礙樁數和樁距不同，為使路徑更加圓潤光滑，小車行進更加有效，利用正弦函數曲線、直線、圓弧組成環形和雙八的軌跡。
2、擬規劃的現場決賽作品的主要傳動零件（例如凸輪、齒輪等）及機構的設計
1）傳動機構設計思路及原理圖
傳動機構設計思路：采用齒輪傳動機構、凸輪擺桿機構配合實現傳動。
①齒輪傳動機構原理圖如圖2.1.1，兩個15齒、一個75齒、一個90齒的齒輪按照如圖所示，結構相互配合，實現小車動力傳動。②凸輪擺桿機構原理：
根據我隊設計的小車俯視圖2.1.3所示，凸輪在前輪的左邊，則推桿與凸輪半徑的對應關系如下所示：
擺桿位于左偏滿位置時，凸輪對應最大半
擺桿位于回正位置時，凸輪對應基圓半徑；
擺桿位于右偏滿位置時，凸輪對應最小半徑；
若凸輪位置在前輪右邊，則擺桿與凸輪半徑的對應關系相反。
根據規劃小車的軌跡，可分析出擺桿位置的不斷變化，因此可計算出完整凸輪。
2）主要傳動零件及機構設計計算
①凸輪生成：
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屬性 |
數值 |
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說明 |
圓形，平移，20移動 |
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生成方法 |
生成了新的移除了軌道的零件 |
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坯件外徑和厚度 |
250 |
5 |
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近轂直徑和長度 |
50 |
0 |
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遠轂直徑和長度 |
50 |
0 |
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坯件圓角半徑和倒角 |
0 |
0 |
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通孔孔直徑 |
10 |
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軌類型和深度 |
貫穿 |
20 |
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分辨類型和數值 |
弦公差 |
0.01 |
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軌道曲面 |
內部 |
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圓弧 |
√ |
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②凸輪運動： 開始半徑：60，總運動：360.00閉環
3）對假設現場初賽與擬規劃現場決賽的主要傳動零件（例如凸輪、齒輪等）進行詳細對比分析，并給出明顯區別的結論
① 假設現場初賽：
初賽中樁距不變
初賽選擇環形軌跡，通過計算得到主動輪軌跡長度為10276.13mm；
齒輪選擇二級傳動，傳動比分別為1：5，1：6，通過計算得到主動輪理論直徑為109.03mm；
凸輪基圓半徑為40mm；
前輪采用一體式轉向機構；
② 擬規劃現場決賽：
決賽選擇八字軌跡，通過計算得到主動輪軌跡長度為13134.16mm；
齒輪仍選二級傳動，傳動比還是1:5,1:6，通過計算得到主動輪直徑為139.36mm；
凸輪基圓半徑為60mm；
前輪采用一體式轉向機構；
③ 結論：
對比現場初賽環形軌跡，擬規劃現場決賽八字軌跡主要修改的零件有：凸輪，主動輪，從動輪，前輪軸的高度等。
凸輪由圖2.3.1變為圖2.3.2；
主動輪和從動輪直徑增加，以滿足軌跡增長的要求
前輪軸的高度增高，由于主動輪和從動輪直徑增加，底板支撐高度增加，需提高前輪軸高度滿足支撐底板的作用。3、競賽過程詳細描述
（1）發車前微調：
①發車前微調驅動車機構，增加運行精確度：
在理論位置啟動驅動車，使驅動車在賽道面上自由運動，觀察驅動車沿計算軌跡路徑左右偏轉情況，然后進行調節。
②放車位置調整：
在發車區內，采用激光定位來確定驅動車放車位置。
驅動車發車位置由兩部分決定：車身在賽道上的位置、擺桿在凸輪上的位置。
車身位置：利用已算好的軌跡計算好量塊，量塊沿發車區外邊線豎直放置，驅動車中心位置放置有垂直于車身方向和平行于車身方向的兩支激光筆，操作時需要注意兩束激光與量塊邊線完全重合。調整方案示意圖如圖3.1.1
圖3.1.1 發車調整方案示意圖
推桿在凸輪上的位置：凸輪初始位置由理論計算得，為了方便計算和調試，以0°作為初始位置。在凸輪初始位置處鉆有定位孔，前輪一側設有定位銷孔，發車時可以通過插入定位銷確定位置，以便凸輪準確快速的定位。
（2）運行路徑：
在理想位置啟動驅動車，使驅動車在賽道上沿逆時針方向按8字的運行方式自動前行，總共應繞過12個障礙樁，每個障礙樁間距為850mm，中心線兩側障礙樁距邊界200mm，間距恒定。
（3）現場拆裝及調試：
將驅動車安裝有齒輪、凸輪、鏈輪和皮帶輪等傳動構件的軸（驅動軸、變速軸、轉向軸）從驅動車上拆下，并從軸上拆掉軸上所有零件。
拆下所有應拆的零件后，進行組裝調試，使小車重新在發車位置發車，看小車是否還可以按原軌跡運行。
（4）運行評分標準：
由三部分構成，一部分是驅動車有效的運行距離長短，二是驅動車運行時繞過的有效障礙樁數，三是原有選擇的路徑難度系數。
①驅動車有效的運行距離評定：在賽道中線上測量，出發線至本次比賽結束時驅動車前端間的小車運行的直線和圓弧總長度，測量讀數精確到毫米。
②驅動車有效繞過障礙樁評定：驅動車須分別從前后障礙樁的左側（或右側）和右側（或左側）越過賽道中心線（即驅動車后輪過賽道中心線），且障礙樁未被撞倒或推出障礙樁定位圓，視為有效越過障礙樁；
③有效 8 字運行方式的評定：從出發區運行到后輪壓過隔板中心線；一圈完整的 8 字運行方式必須包括兩次從隔板兩側穿過隔板中心線，其軌跡為命題規定的 8 字；
