8字形无碳小车的建模与Matlab仿真

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8字形无碳小车的建模与Matlab仿真

作者：武时会

来源：《科技风》2017年第14期

DOI：10.19392/https://www.wendangku.net/doc/0f17831904.html,ki.16717341.201714023

摘要：针对第5届工程训练大赛“无碳小车”的要求，设计出一种利用重力使能转化为动能的三轮8字形“无碳小车”，利用转向机构改变运动方向以实现无碳小车行进路线沿8字形轨迹绕行。运用Solidworks进行建模装配，并利用相关运动学公式计算出8字形曲线的理论轨迹，以便设计出结构更加合理的8字形无碳小车。

关键词：无碳小车；运动仿真；工程训练；Solidworks建模

给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置[1]。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物，把他称为无

碳小车。设计出的8字形无碳小车需要合理转化重力势能，以求能走出更多8字绕行轨迹[2]。本文基于Solidworks平台对小车进行零部件设计，然后进行装配。并通过Matlab软件行走轨迹进行模拟仿真，得到结构合理、绕行次数加多的8字形无碳小车。

1 结构方案设计与建模

根据大赛要求，需设计出结构合理，能完成绕行8字轨迹的要求，为方便设计这里讲整车运动结构划分为3个相关模块进行分别设计，3个模块分别为驱动行进模块、转向模块以及微调模块。

1.1 驱动行进模块设计

驱动模块作用是将重块的重力势能转化为此8字形无碳小车的行进动能。并将这一动能传递给驱动轮以带动整车沿8字轨迹绕行[3]，驱动行进模块除实现这一功能要求外还需要达到以下几点额外要求：

（1）重力势能产生的驱动动能应合理以避免整车在行进过程中产生过大的行进速度导致整车翻转，或整车在行进过程中产生额外偏载荷。

（2）行进过程中速度应先加速后减速，以保证整车行进稳定性。

（3）整车行至终点时，速度应逐渐减小至最小值以避免撞击。

（4）重物竖直下降速度随时间在增大，为增加重力势能转化率，应设法减小驱动过程中整车的内部耗能。