低功耗越障小車軌跡模擬分析

摘要 論述了低功耗越障校車軌跡，并且對其進行模擬性的分析研究，針對轉向機構的選擇、空間四桿機構運動的基本方程、數據公式等進行綜合性的分析研究，力求找出設計車輛的優點以及缺點，為相關工作的進步和發展做出積極的貢獻。

關鍵詞 低功耗；越障小車；軌跡分析；模擬分析

引言

越障小車主要是利用各種類型的機械結構，使得越障小車能夠非常自如并且自動的繞過不同間距以及不同類型的障礙物，按照S形的路線前進。其具體的運行軌跡和路線如下圖所示：

在這樣前行的條件之下，需要越障小車可以有著極低的功耗并且還必須具有較好的軌跡的穩定性，進而可以在s形的運行路線之下保持車體的穩定和前行的無阻礙。

1.轉向機構的選擇

針對轉向機構的選擇是越障小車運行和研究當中的重點工作項目，也是一個首要的環節。無碳類型的越障小車，要求具有低功耗的特點，而要達到此目的，越障小車還需要要求有最著短的傳動鏈，一級齒輪傳動以及空間曲柄連桿機構的設計方式，它具有結構簡單，傳動效率較高的特點。

2.空間四桿機構運動方程

首先，需要建立如下圖所示的坐標系。在此坐標系當中，各個符號的具體含義：

由各個點坐標列向量方程可以得出如下的方程：

并且得出越障小車行車的軌跡方程以及后輪軸轉過的實際角度，如下所示：

小車移動的距離計算公式為（以右輪為參考）

越障小車行走 過程當中中，越障小車整體轉過的角度則可以表示如下：

而當越障小車轉過的角度為 之時，則有如下的公式：

以越障小車的輪A為參考，在越障小車的運動坐標系當中，B的坐標可以表示為：

而在地面的坐標系當中，則有：

障礙物之間的間距為1米，通過整理之后，運用MATLAB進行越障小車的運動軌跡分析，通過數據分析之后，綜合性的確定得出數據結果及參數：

而通過程序模擬運行的結果，如下所示：

針對障礙物距離變化的應對，還需要分析各桿的實際長度對于越障小車運動軌跡的影響。可知改變偏心半徑r則可以改變跨越障礙物的實際間距。

所以設置d0以及r為變量，運用MATLAB求出各種障礙物之間間距的d0以及r的值。求解得出障礙物之間的間距為1.1米。

同樣的道理，可以通過計算，得出各個障礙物之間間距的r值。諸如：

當障礙物之間的間距為110mm時，則可以通過計算得出r=18.1mm，90mm r=10.1mm……..

下一階段的工作，則是針對越障小車的運動軌跡穩定性進行分析以及越障小車的關鍵性結構的設計。連桿長度對于越障小車的運動軌跡的誤差尤其的靈敏，由于存在誤差上的累計，所以當連接桿的實際長度偏離0.1mm時，則會產生比較大的偏移，越障小車的實際運動軌跡如下圖所示：

為了更加有效的保證越障小車運行軌跡的穩定性，還需要保障連桿的可調精度達到0.1mm，這一點極為關鍵。另外一個方面，在實踐的設計當中，需要采用差動螺紋結構，并且選擇M5類型以及M4類型的螺紋來進行調節。公式以及設計圖如下所示：

為了全面的增大調節的數值范圍，還需要增加微分筒，來作為輔助式的調節，具體的設計結構如下圖所示：

螺紋之間的間隙，對于連接桿長度的影響比較大。所以，在實踐的設計過程當中，還需要通過使用彈簧，來合理并且科學的消除螺紋之間的間隙，進而全面的減小螺紋間的間隙對于連接桿長度的實際影響。其具體的設計如下圖所示：

連桿結構最終設計如下圖所示：

經過上述的設計和分析研究，總結得出越障小車的優缺點，主要有以下幾個方面的內容：

優點：

（1）采用精準度較高的微調機構，來合理的保證連接桿的長度，從而有效的保證了越障小車的運行路線軌跡的穩定性。

（2）采用空間類型的四桿機構，加一級齒輪傳動，合理的減少了傳動鏈的長度，從而保證了車輛低能耗的具體要求。

（3）越障小車的運行軌跡可以進行調節，以適應各種類型以及各種間距的障礙物。

缺點：對制造精確度的要求較高，并且針對零件的加工流程比較的復雜，在實踐的工作當中需要注重這一方面的內容，并且需要進行深入的探討和研究。

3結束語

綜上所述，根據對低功耗越障小車的軌跡進行模擬研究，從實際的角度出發，層層的深入，針對設計的主要過程以及結構的圖紙、軌跡等的多方面分析基礎之上，針對越障小車的轉向機構選擇以及空間四桿的運動方程進行分析和研究，通過計算以及圖紙的分析探究，逐步的得出越障小車最終設計的優點以及缺點，同時，針對具體設計過程當中的結構設計圖紙、運動穩定性的分析、螺紋之間存在的間隙、連桿的精度、坐標向量以及各個障礙物之間的實際間距會對越障小車運動軌跡所造成的具體影響，進行詳盡的探析，力求以此為基礎，為相關工作的進步，做出積極的貢獻，并且為技術的不斷改進以及研究水平的不斷進步，打下堅實的基礎。

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