张北平

(湖北理工学院 机电工程学院,湖北 黄石435003)

0 引言

无碳小车是以重力势能为唯一能量、具有连续避障功能的自动行驶小车，是每年全国大学生工程训练综合能力竞赛的主题。转向机构是无碳小车的关键机构，不仅影响小车的连续变距行走避障性能，而且对小车行驶轨迹的平滑度和稳定性起着至关重要的作用[1-2]。因此，对小车转向机构的设计、参数优化及加工装配精度有着极高的要求[3]。目前，大部分无碳小车常采用不完全齿轮、槽轮等间歇性机构进行转向控制。由于其间歇性机构的连接处多为滑动摩擦，能量损耗大，有一定冲击，机械效率较低[4-8]。新型空间四连杆机构结构简单、一体化程度高、摩擦损耗小、灵活可靠，且可调性较高，能获得较高的传动精度。因此，本文依据小车变距行走要求，采用空间四连杆机构进行转向控制，建立小车转向机构的数学模型，研究结构参数对小车行驶轨迹的影响，并基于MATLAB进行仿真优化与实验，为无碳小车的改进提供参考。

1 转向机构设计要求

根据赛道的设计要求，无碳小车的行驶轨迹(如图1所示)可以近似为正弦函数。

图1 无碳小车的行驶轨迹

未变距前两桩间距为1 000 mm，故取正弦函数的周期为2 000 mm。为保证小车在改变桩距的情况下仍能实现无障碍绕桩(奇数桩位置不变)，结合小车的行驶轨迹分析，拟取正弦函数的振幅为400 mm。故小车行驶轨迹可拟合为：

(1)

转向机构对小车行驶轨迹的平滑度及行驶稳定性起着至关重要的作用，目标行驶轨迹也决定了转向机构的设计方案。……