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1、清洁机车的设想09级物信院物理2班 冶云江 40906065摘要：通过对打扫动作的的观察，设计一种仿人体打扫轻便垃圾的廉 价简易机器，这样即可以减少对劳动力的依赖，节约一定的资源，又 可以让机器在复杂恶劣的环境下持续工作，而且机器有许多地方亟待 电子技术与机械结构的完美组合，应用的价值会得到提升。关键词：运动副 啮合 高效 静止停歇引言:现代人类社会越来越离不开机器的参与了，它们给人们的生产 生活带来了极大地便利。21 世纪是一个大力提倡节能环保的心世纪 更加注重人与自然、地球怎样相处的关系，这就要求电子工业与机械 工业的不断发展与创新，在满足人们从繁忙的工作中获得自由空间的 同时，大力提高机
2、械的工作效率与环保效率，而本文要介绍的内容也 是基于对我们生活应该如何便利舒适而展开介绍的。大家都知道城市每年的环卫投入量都是笔不小的开支，而且主要以人为主要 劳动力来源的劳动模式已大大不能满足人们对于追求高效率和大力提倡的人人 平等的理念，所以这就使得我们对于对于生活环境清理环节作出适当调整。一个 全新的设计概念因此而来-制造代替人力的不停歇的的清洁打扫机车。下面让我 们一起进入设计的基本原理。1、动力系统动力结构在本设计中是比较简易的，动力来源主要是靠一块清洁的充放电电 池和能把电能转化为绕轴转动的电动机即可，我们只需像给电动摩托车充电那样 可以给电池充电，也可以使用太阳能充电板给它在晴朗
3、的天气下充电。而电动机 的输出要同时满足两种运动状态，在机车行进中主要功率传递给机车供其驱动， 在 机 车 停 止 时 供 机 车 完 成 打 扫 的 运 动 环 节 。 如 图 1 ，机车底部由等腰三角架构成，前轮在顶角安置，俩后轮在俩对称腰脚安置，驱动 由后轮完成。为满足机车的配重，在三脚架距底边高线2/3 处安置充放电器和电 动机。机车导向主要是靠机车带有传感器导向的前轮完成的，为了发挥前轮能在 180 度得地面上很好的导向，应使前轮的半径比俩后轮小，且前轮轴高度要比后 轮高度低，这样可以使机身主要重量重心与等腰三角重心重合，可保持机车的平下图为前轮与传感器固连结构，在前轮有可以实时调整
4、方向的微处理器与钢珠转盘组成，内有可以固定转盘的斜槽齿轮-曲杆结构，如图，传感器的观察视角是机车 180 度前进方向的弧形区域，传感器将探测这些区域 内塑料、纤维及纸质品的具体方位，并将数据进行简单处理并实时控制前轮的前 进方向。到达指定地点附近后，机车停止前进，将传动力换输给下一阶段的打扫环节。2、机车打扫环节的演示（1）打扫环节的动力传输简构如图，打扫结构基本上由图 3 部分构成，1部分为后轮驱动结构，它的设计 主要参照了现代轿车所采用的弧形纹路齿轮啮合的原理，即保证后轮驱动的 功率，还可以在转弯过程中能满足俩轮的速度差。当机车要停止时，3 部分 黑色部分为可伸缩转轴，此时带动固连在主轴的
5、齿轮脱离后轮驱动的俩垂直 齿轮，向右缩进，与 3 部分的齿轮啮合，此时带动 2 部分的主传动轮运转， 紧接着带动履带转动，履带带动固连的半径一样的a,b,c,d,e小斜弧槽齿轮按 相同方向转动，这五小齿轮带动带动与侧身同一方向固定可按轴向自由转动 的涡轮杆啮合，把自身的转动转化为涡轮的按轴向的转动，这样，通过主轴 的转动就可以转化为涡轮杆们的按特定要求的伸出或缩进的运动。2 和 4 为 对称的相同结构，当3 部分主轴上的齿轮安一定方向转动时，俩对称的主传 动齿轮就按相反方向转动，俩对称的履带也以相反方向转动，此时 a.b.c.d.e 与对应的a,b.d.c.d就按相同频率相反方向转动，但2.4
6、对应的杆分别排在 对应齿轮相反的两侧，这样就可以实现俩组蜗杆在不同侧按相反方向同一轴 向速率同时缩进或伸出。只是在转动时对应蜗杆有半径距离的错位，当对应 杆缩进时刚好能相互咬合，而且咬合的时间刚好是2中蜗杆短扫帚快要到达 黑色垃圾槽的时候，这样即可以降低蜗杆的反冲速度，又可以让蜗杆在接下 来完成垃圾入槽的过程中平稳缩进。如图：2）打扫环节的主要结构如图，当同一侧的涡杆在同时伸出的过程莫处得涡杆遇到阻碍位于蜗杆顶端 A（B,C,D）处得探头将阻力信息传输给ab（ab为固定蜗杆的基座，而这俩个对 称基座又对称排布在圆形底座上，这个圆形底座只有一简单功能，就是在蜗 杆遇到阻力时，转动一角度，使得与履
7、带啮合的齿轮的弧形轨迹与弧形履带 的轨迹一致，这样齿轮与履带的啮合力矩的作用而处于转动状态）处，ab就 连同蜗杆，齿轮转动一角度，处于静止状态，蜗杆停止伸出，当所有蜗杆伸 出到最大值时，换向器换向，此时圆盘底座重新按原来的方向转过同一角度， 所有蜗杆同时缩退，等到蜗杆顶端到达垃圾槽位置时，蜗杆末端到一特定点 时将阻力信息又传输给圆形底座，然后重复上面的动作，齿轮静止，这样使 得最先顶端到达垃圾槽位置的蜗杆能做暂时的静止停歇，等到按最晚到达蜗 杆的时间来最为转向时间， 第二次伸缩动作开始。如图：节点，蜗杆内部应该是中空光滑的，末端与蜗杆末端差有一定距离，当蜗 杆回缩时BC端与地面是垂直的，且A点
8、处两杆卡死，两杆不相互运动， 当回缩到扫帚端完全运动到垃圾槽位置时，A端收到一定指令卡点取消， D 端互旋进出使得蜗杆早刚开始伸出时先要保证内杆的首先伸出，这样 AC端距离增加，扫帚抬起一定高度，然后A点卡死，两杆同时伸出，扫 帚升高一定高度，完成整个过程。（4）垃圾槽的设计当一次清扫任务完成后，车要开始运行进行下一地点的搜索，在这 个过程中，主轴俩段 FG 的齿轮带动位于三轮正上方的齿轮 E.i.D 转动， EiD 带动传输带运转，利用换轮的原理将位于两侧的同一高度的垃圾槽平 行提起， 提到一定高度 h， 刚好高于垃圾箱 2.3 厘米。如图：5）垃圾槽倾泄演示如图b当齿轮沿着固定轨槽 abc
9、d 按逆时针行进时，当垃圾槽被提升到最高点并 与 cb 端平行时，固连在槽底部的连杆一段与槽底相连，并可以绕那点转 动，而另一端f恰好与ge相重合，在齿轮网be方向左移时，h端会受到 一个由大到小的力的作用而逐渐抬高后又逐渐回落，在这个过程中垃圾槽 就可以完成向垃圾箱的倾翻动作，然后弹簧拉伸回到原来的位置。齿轮带 动垃圾槽沿轨迹eda回到原来的位置，这样的一个来回只在机车在行进时 执行一次即可，然后由简单电控控制 da 处得传动齿轮上升已高度，即可 停止垃圾槽得第二次提升了。以上具体介绍了清洁机车具体部分的运作及各部分之间紧密联系的运 动了，整个机车三角结构大小可视不同打扫用途而定，而且很多部
10、分的制作完全可以采用塑料结构，相对而言结构比较简易。在机车顶部可以安装 太阳能电池板，这样储存的电量可供夜间工作之用，而且因为机车的高度 比较低，需要安装比较高的警戒盘来增加本身的安全性和建立稳定工作的 环境。参考文献：ISBN7-04-091489苏桓、陈作模主编机械原理高等教育出版心得体会：机械原理这门功课给了我们学理论物理建立运动模型的思考方式，帮助了我 们完成想象与实际相符合的这个衔接，带给了我们很多学习的乐趣与勇于探索的勇气。感觉 这门课应该重于实践，如果能直接用数学证明出来就最好了，但有些东西只能靠实物的运动 才可以完成人们一些简单的要求，而数学有可能对于这些问题则是束手无策的，这方面机械 原理显示了它强大的优越性。这门课对于理论研究的作用潜力将是巨大的，应该得到所有同 学们的足够重视，而且这门课对于生活的作用是直接的。希望西工大的老师能以这门课为主 打旗帜，在师大继续深入讲解机械方面的知识，而且能讲授有更多关于机械原理的其他学科 的话，比如数学计算与机械模型的关系的建立等。我们将会受益匪浅，在理论的学习中会取 得突飞猛进的进步。机械原理与科技创新论文课题：清洁机车的设想 作者：冶云江 班级：09 级物理与信息学院物理 2 班 专业：物理学 任课老师：葛文杰
