基于MATLAB对8字S型无碳小车的设计

基于全国大学生工程训练大赛中无碳小车的要求,提出并设计一种绿色的行驶方法,以重力势能带动小车进行8字S型轨迹的运动.为实现避障功能,选用凸轮推杆机构来控制小车前进方向,凸轮采用MATLAB模拟仿真进行设计,从而完成小车按照规定路线行驶的任务.因赛道轨迹为8字S形状,赛道总行程较大,所以此方案设计对齿轮传动进行设计优化,...     

新型无碳小车凸轮的设计与仿真

工程训练大赛新型S环型赛道的无碳小车设计,虽然方案有很多种,用控制变量法是最简单直接的方案。此次新型S环型赛道是一次全新的项目,除了考验无碳小车零件制作精度和装配精度外,还要解决按照大赛给出的参数让小车完成规律绕桩的动作。在确定无碳小车的基本结构和运动规律后,借助于软件和相应的参数就能推导出控制变量法最重要的零件凸轮,凸轮也是此方案成功与否的关键。     

基于凸轮机构的8字S轨迹无碳小车

根据全国大学生工程训练综合能力竞赛中无碳小车的设计要求,结合模块化理念,利用SolidWorks软件,基于凸轮机构对8字S轨迹无碳小车进行了设计。通过分析无碳小车的任务轨迹,设计得到无碳小车的参数,应用MATLAB软件进行数据优化与轨迹仿真,输出无碳小车的凸轮轮廓。基于理论数据加工制作无碳小车实物,进行试验调试。在凸轮机构与其它机构的配合下,经过试验调试的无碳小车运行平稳,可以精确行驶出8字S轨迹。     

基于凸轮控制的双8字无碳小车

根据全国大学生工程训练综合能力竞赛试题,基于凸轮控制设计了双8字无碳小车。对小无碳车的行驶轨迹进行了理论分析与合理预设,将行驶轨迹抽象为数学模型,利用第一类曲线积分计算双8字轨迹总长。应用解析法建立凸轮轮廓简谐运动数学模型,基于MATLAB软件生成凸轮轮廓线。将无碳小车前轮运动抽象为质点运动,得到质点运动所有轨迹点的离散坐标,并应用MATLAB软件对无碳小车行驶轨迹进行模拟仿真。在设计与仿真的基础上,制作无碳小车实物样机,通过测试确认无碳小车行驶平稳,轨迹重复性高。     

基于MATLAB的凸轮转向设计与研究

该文以设计一种自避障无碳小车为目的,介绍了无碳小车凸轮外轮廓的设计方法。该方法创新于以往的设计方法,采用路线预设、智能优化、数据分析、模块设计、运动仿真等方法进行设计。通过预设的路线坐标和无碳小车的基本数据,借用MATLAB逆推出凸轮外轮廓曲线,此种方法可以有效的解决无碳小车各种避障功能的问题,还可以依据无碳小车行进路线的变换自由调整,并通过智能优化修改小车行走路线得到最优路线,最后再通过Solid Works Motion分析模块进行运动仿真来验证凸轮设计的准确性。验证结果表明这种无碳小车凸轮的设计方法可行有效,能够解决比赛的各种避障问题,为之后的竞赛提供了设计思路。     

基于Pro/E关系式的凸轮轮廓曲线精确设计

凸轮机构实现推杆预期运动规律依赖于凸轮轮廓曲线,凸轮机构设计的主要任务是凸轮轮廓曲线的精确设计.在高速精密自动机械中凸轮机构凸轮轮廓曲线异常复杂,给凸轮三维精确建模造成了困难,且精度较低的凸轮轮廓曲线不能满足凸轮后续CAM和CAE的要求.凸轮轮廓曲线的设计原理是根据工作所要求的推杆运动规律,导出凸轮转角与推杆位移之间的关系式,用函数关系式捕捉设计意图.根据关系式计算出凸轮轮廓曲线上各点的坐标值,保证生成凸轮轮廓曲线的精确性.按照该理论,提出了2种应用Pro/E三维造型软件精确设计凸轮轮廓曲线的方法.     

避障小车转向系统的设计

设计了一种具有方向控制功能小车的转向系统.该小车在前行过程中能自动避开赛道上设置的等距障碍物.由于凸轮机构能实现复杂的运动规律,本设计采用凸轮机构完成小车的转向功能,通过MATLAB软件对凸轮轮廓曲线进行了拟合,并对导向杆运动规律进行了分析,结果表明本转向机构的设计是合理可行的.     

S型无碳小车凸轮转向机构研究与试验

为了获得运动规律对称且易于微调的S型无碳小车转向机构,提出了凸轮-摇杆滑块的机构模型,采用ADAMS软件对其进行运动学仿真。首先通过参数化建模的方法研究并设计摇杆滑块机构,然后通过反求法获得凸轮轮廓,最后建立凸轮-摇杆滑块机构整体仿真模型。仿真结果表明,该机构输出的运动规律对称,符合转向要求。同时,设计一套试验装置来验证仿真结果,试验数据表明了仿真模型的正确性与研究方法的可行性,所建仿真模型为S型无碳小车凸轮转向机构设计与相关应用提供参考,所设计试验方法为仿真模型验证与加工装配精度检测提供思路。     

双8字形轨迹无碳小车的设计与仿真

基于2019年第六届全国大学生工程训练综合能力"8"字型赛道避障行驶常规赛的规则,进行无碳小车设计探索,主要是凸轮组合机构的设计。通过Solidworks软件进行三维建模,应用Matlab软件对无碳小车运动轨迹以及结构尺寸细化设计进行数学建模,进而优化设计参数,对微调方案进行合理分析。     

基于MATLAB的双“8”字无碳小车轨迹仿真分析及其结构设计

无碳小车以重锤的重力势能为唯一动力来源,通过设计实现有效连续避障最长行程。文中针对双"8"字无碳小车,基于MATLAB进行小车轨迹仿真分析,建立了其运动几何模型。为增加轨迹重复性,一个双"8"字轨迹拆分后由凹槽凸轮运动2个周期控制;针对小车中的凸轮轮廓、驱动轴等进行了结构设计。小车运行结果表明,该小车全程轨迹重复性良好,每圈轨迹偏移量较小,无撞桩情况发生,在桩距为350 mm时,最高可跑24圈。     

盘形凸轮机构虚拟样机设计与运动仿真

以直动尖顶推杆盘形凸轮机构建模为例,在CATIA中以知识工程为基础,对盘形凸轮轮廓曲线的参数化设计进行研究,创建凸轮机构的虚拟样机,并通过运动仿真分析推杆的实际运动规律,验证了凸轮轮廓形状的准确性,为凸轮机构设计和工程分析提供了精确建模方法.     

基于AutoLISP及MasterCAM盘形凸轮的设计及线切割

基于AutoLISP用解析法设计平底推杆盘形凸轮,其推杆按正弦加速度规律运动,解析法保证了凸轮的设计精度;给出完整的绘制凸轮轮廓的AutoLISP程序;并基于MasterCAM对设计出来的凸轮进行数控编程、仿真加工、后处理,得到数控线切割加工程序.     

走出多个“8”字形轨迹的无碳小车机构设计

为了实现无碳小车完成1～N个8字形路径并通过预设障碍桩,文中提出一种通用的无碳小车结构设计方法,只需更换不同的凸轮零件即可完成不同类型8字形路径。考虑到前轮摆角和车速为影响小车运动轨迹的两大主要因素,首先以两相切正圆形为理想的8字形轨迹,推导一定车速下的脉冲式前轮摆角规律;对该脉冲式规律进行合理修正后,获得切实可行的前轮摆角规律,并以此求解出所需的凸轮从动件运动规律,从而通过解析法获得凸轮轮廓,完成凸轮零件设计。通过对单8字、双8字和三8字为例的3种路径的求解和仿真,结果表明该结构能完成预定的8字形路径,并通过指定间距的障碍桩。文中研究为每年的全国大学生工程训练综合能力竞赛提供指导,也可对其他特殊功能的车辆设计给予参考。     

基于变桩距“S”型赛道无碳小车的运动轨迹重构与结构设计

针对第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛中“S”型赛道新要求,紧密围绕比赛主题,基于赛道路径理论分析和无碳小车机械结构优化设计,采用MATLAB计算仿真与Solidworks软件虚拟样机建模的方法,重新设计了小车越障新路径,建立了小车整体结构模型。比赛实践证明,设计的无碳小车具有灵活的越桩性能和长距离行进路径。     

基于圆柱凸轮机构的“8字形”无碳小车设计

根据第五届全国大学生工程实训大赛的要求,设计并制作基于圆柱凸轮结构的"8字形"无碳小车。根据规划的无碳小车理论轨迹,对小车的传动机构和转向机构进行了设计和参数计算,得出了小车的运动方程,结合Solid Works中的Motion分析对小车运动轨迹进行仿真,并对圆柱凸轮等关键参数进行优化。试验结果表明,该无碳小车能完成11次"8字形"寻迹运动,实现了按预定轨迹行走的目的,验证了该机构的合理性。     

“双8”字轨迹无碳小车的结构设计与分析

第七届福建省大学生工程训练综合能力竞赛中,"双8"字赛道要求设计制造一种以砝码重力势能为动力源的"双8"字形运动无碳小车。该无碳小车利用重力势能转换为动能驱动行走和转向,并最终实现预定轨道的运动。文中利用凸轮顶杆机构,提出了一种结构简单、易于生产制造的方案,希望为以后相关的比赛提供指导和参考意见。     

基于SolidWorks的滚子盘形凸轮机构的图解法设计

为了能在SolidWoks软件的运动仿真功能中实现凸轮图解法的设计过程,利用Excel的函数计算功能,计算出滚子推杆位移与凸轮时间之间的关系并生成相应的数据表。然后在SolidWorks软件中建立凸轮机构的运动仿真模型,利用Motion模块给推杆和凸轮分别添加直线电动机和旋转,通过运动仿真模块模拟反转法,利用结果分析中的路径跟踪功能,得到凸轮的理论轮廓曲线,用草图编辑中的偏移功能,把理论轮廓曲线向内偏移1个滚子半径的距离,得到实际轮廓曲线,拉伸得到凸轮三维模型,最后用生成凸轮模型反向通过运动仿真输出推杆位移。仿真结果表明,经过对比分析,输出的推杆位移曲线与设计得到的推杆位移曲线一致,因此通过SolidWorks和Excel相结合的方式,实现凸轮的图解法设计是可行的。设计方法可用于凸轮零件的高精度设计,为凸轮的设计提供了新的技术方法和思路。     

指定运行轨迹小车的转向凸轮设计与验证

中国大学生工程实践与创新能力大赛中以重力势能或以热能为动力行进方向可自主控制小车是工程基础赛道常见命题，即设计并制作一辆在不触碰障碍桩和四周挡板前提下按照一定轨迹运行的驱动小车。这种小车的转向设计常采用能够实现复杂运动轨迹和规律的凸轮机构。针对这类小车提出一种通用的转向凸轮设计方法，该方法以微分思想将小车的运行轨迹曲线转化为由多点构成且相邻两点连线而成的曲线，然后将这些点导入MATLAB程序中能够生成凸轮轮廓和前后轮轨迹曲线。根据不同运行轨迹以及车身结构参数生成与之对应的凸轮轮廓，同时对比不同结构参数下的凸轮的轮廓以及前后轮轨迹得出最优的小车结构参数。最后将得到的转向凸轮安装在小车上，经验证小车运行平稳，运行距离长，运行轨迹重复性良好，运行精度高，说明了转向凸轮的设计思路以及方法的正确性。为参加中国大学生工程实践与创新能力大赛的参赛人员提供指导，也可对其他特殊功能的特种车辆提供思路。     

“S环形”轨迹运动的热驱小车设计

文中以热力势能作为驱动力,通过带传动与齿轮传动将动力传递给车轮与转向机构,驱动小车按照预定的“S环形”轨迹做连续避障运动。依照竞赛规则及驱动小车的最低功耗设计出一款单缸配气式自由活塞斯特林引擎作为热驱小车的原动机构,基于理论分析与MATLAB仿真对结构尺寸及轨迹进行优化,确定小车的传动比、齿轮齿数、模数、后轮半径等参数。通过将热驱小车的理想行进轨迹对照凸轮均分的“N”等分,使凸轮每次转动的度数与推杆位移相对应,利用前轮转角推导凸轮推程的方法,求解凸轮轮廓曲线。运动仿真结果显示,热驱小车能够按照理想轨迹行驶,并能够有效地避开障碍桩。最后,按照模拟仿真的分析结论将热驱小车制作成实物并加以测试,利用螺旋传动的微调机构修正小车的行进轨迹偏差,测试的结果与模拟仿真基本相同,进一步验证了热驱小车设计方法的有效性与可行性。     

基于PLC控制的电子凸轮系统设计

针对机械凸轮为高副接触（点或线）,存在压强较大、易磨损、有噪声、凸轮轮廓加工比较困难等特点,设计了电子凸轮方案,对凸轮的运动特性、曲线规律、电机调速、伺服控制等方面进行了研究,提出了基于三菱Q系列可编程逻辑控制器（PLC）控制的电子凸轮系统.利用双CPU伺服控制,同时处理顺序控制和运动控制,提高了其控制精度与控制效率.采用了闭环控制模式的伺服控制系统,由位置编码器计算出伺服电机的位置、速度等控制指令,模拟出了凸轮轨迹的效果,实现了推杆往复运动.同时制作了机械凸轮结构,连接推杆做往复运动,与电子凸轮推杆运动作了对比.研究结果表明,该电子凸轮系统方案可实现推杆的各类往复运动规律,控制精度及反应速度较好;且通过调整电子凸轮输入曲线,可以达到完全替代机械凸轮的效果.