重力势能驱动的自控避障小车设计毕业设计开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告题目重力势能驱动的自控避障小车设计学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名龚志威学号201310111329年级2013级指导教师高蕾娜职称讲师2017年03月01日研究目的和意义我国的能源供应结构里，煤炭，石油，与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重影响能源发展。开发新能源和可再生能源是能源问题可持续发展的应有之义。无碳车是比较环保的短途代步工具，节能，实惠，环保。因此，在国外发达国家都提倡低碳车。这样可以优化能源的结构，增加能源的供给能力，缓解能源的压力。同时，也可以起到减轻污染，保护地球环境。国内外研究现状和发展趋势如图所示是第五届工程综合能力训练竞赛中的无碳小车，他们的车大致由车架，原动机构，传动机构，转向机构，行走机构，微调机构六个模块组成。分析得出如下结论1车架材料都是选用密度较小但强度较大的硬质材料，如碳纤维，硬铝。2原动机构是通过滑轮悬挂砝码。3传动机构采用小模数的高传动比一级齿轮来传动。4转向机构采用的有曲柄连杆机构用球头连杆连接，凸轮机构两种。5行走机构后置双轮驱动。6微调机构可调曲柄，曲柄盘，为了改变曲柄长度来改变小车转向。未来发展趋势由于单片机等自动控制技术的发展，无碳小车也随着科技的进步而改进，未来的无碳小车将趋向于结构简单，质量轻，自动控制，这样无碳小车才能前进更远，更智能。但随着材料的更新，新技术的使用，其制造成本也会相应提高，所以我们应该在这中间寻找一个平衡点。主要研究内容1、分析跑道及障碍物设置情况，确定无碳小车总体方案；2、无碳小车结构设计，进行三维建模及给出二维装配图、零件图；3、无碳小车的动力学仿真；（ADAMS）4、撰写设计说明书及给出仿真文件。拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）研究手段综合运用动力学，运动学，能量学及机械设计等分析。把小车化整为零分为进行分析设计。小车整体机构设计为了降低小车穿越障碍时刮碰圆棒的概率，并且尽量减小车体的质量。小车的宽度设计变窄，将小车制造的材料选用铝材料。防止重心太靠前造成小车前轮转动困难，导致小车无法启动运行，将重物下落位置设置在两个后轮轴线靠前的位置，提高车子转向的稳定性。小车驱动设计利用重物下落的重力势能，通过细绳带动绕线轮转动转变成动能。为了减少动能损耗提高传动效率，减少加工难度和装配难度，绕线轮带动一级齿轮传动。小车转向机构设计该设计要求小车自动避障，所以采用电控装置，主控电路采用带单片机的电路，电路的设计及制作、检测元器件、电机（采用舵机）及驱动电路。电控装置所用电源为5号碱性电池，安装到车上并随车行走。小车上安装的电控装置必须确保不能增加小车的行进能量。可行性论证1使用一级齿轮传动简化了结构，提高了传动效率，减少了能量损耗。2使用单片机控制舵机来进行自动转向，单片机技术发展成熟可以实现要求。3顶部使用带沟槽的定滑轮固定绳子，使重物下落更加平稳。4车身材料主要为铝材购买容易，加工方便，节省能量。文献综述通过文献6初步了解汽车的相关知识，包括汽车构造，组成机构，得出结论整个无碳小车的设计，包括原动机构，传动机构，转向机构，行走机构，微调机构，车架等的设计。首先是原动机构，通过文献1了解到原动机构能够将重物的重力势能转换成小车的动能，有多种方案可以实现此功能，本文选择绳轮机构，因为它具有结构简单、运行高效等特点。文献8里介绍到也是通过绕线轮方式。传动机构此机构的作用是把运动及动力传递给驱动轮和转向机构上。文献1提到齿轮具有效率高、工作可靠、结构紧凑、传动比稳定等特点。文献8里介绍采用的是一级齿轮传动，驱动采用差动轮系，以减小转弯时驱动轮打滑产生的能量损和过大的行走误差。小车在运行过程中会遇到障碍，故小车需要转向机构，文献2中介绍的转向系统如图以凸轮机构的推杆推动转向杆往复运动。因为该设计要求小车可以自动避让障碍，所以转向机构必须有电控装置自动控制其转向。文献3介绍自动避障小车的控制系统总体设计方案如图1所示该系统主要由单片机、感测模块、电源模块、驱动模块等组成具体工作原理为首先，利用感测模块检测是否有障碍物，如果检测到障碍物将障碍物位置信号送入单片机；然后，由单片机进行程序处理，根据不同的障碍物位置信号输出相应的控制信号，控制电机驱动模块。该设计的感测模块使用的是红外反射式传感器。文献4中使用的是超声波测距感应器。各有其特点。电机根据第五届命题有一般电机和舵机。文献5中介绍了舵机控制原理和控制过程。文献7中了解到无碳小车的毛病，无碳小车在制造误差，装配误差影响下运动轨迹会发生变化，为了解决这一问题，文中采用了将千分尺和涡轮蜗杆机构引入到微调机构中的方法。起到更好的微调作用。参考文献目录1张德慧刁吉祥张恒李红宽基于重力势能驱动的无碳小车的创新设计与仿真J科技经济导刊，2016（13）2杨秀光邹光明黄川冯建避障小车转向系统的设计J机械传动，2012（04）3嵇萍基于单片机的自动避障小车设计J苏州市职业大学学报，2013，2414卢庆林基于单片机的自动寻迹避障小车设计J智能工程，2014（75吉梅峰蒋幕田志辉基于C8015单片机的超小型无人飞行器舵机控制系统J机电一体化，2004（06）6蔡兴旺主编汽车概论北京机械工业出版社，20097刘洋姜吉光谢醇基于“轨迹分析法”的无碳小车微调机构的创新设计J机械传动，2015,39（12）8周威工程训练大赛无碳小车的研究J东北电力大学学报，2015，3539郑小军戈凯强李昭白小敏无碳自行避障小车技术设计J科技世界，2015（02设计（论文）工作安排及进