凸轮循迹移动平台的结构设计

摘要

针对纯机械转向模型小车在复杂赛道上因加工误差与地面滑移导致轨迹精度低、无法在线纠偏的问题，本文基于太阳能小车赛项要求，设计了一种采用凸轮-摆杆机构与前置双角度微分微调装置的纯机械自适应循迹小车。在6000mm×6000mm场地和200mm×300mm车身投影边界约束下，利用SolidWorks与Matlab协同，以高阶贝塞尔曲线对全长14135.52mm、含6个地标的赛道进行光滑拟合，建立曲率至前轮转角的映射模型，并通过极坐标反求算法生成凸轮理论轮廓。底盘采用前轮转向、后轮驱动布局，传动链由直流减速电机、同步带和四级平面展开式齿轮组成，总传动比精确至38.13。针对凸轮廓线加工定型后不可调节的缺陷，设计了免拆卸双角度微调转向机构，通过独立调节转向杆初始偏角和前轮轴附加扭转角两个解耦变量，完成对零位误差的机械式精密补偿。经SolidWorks Motion动力学仿真与关键零件静力学校核，验证了凸轮驱动下摆杆运动的平稳性与结构强度。基于上述设计完成3D打印样机并进行实车循迹测试。实验结果表明，标志点识别成功率达97.5%，经双角度微调补偿后终点综合漂移偏差稳定在20mm以内。该方案有效解决了无电控条件下机械紧凑性、运动平稳性和路径跟踪精度之间的矛盾，为纯机械自适应移动平台的设计提供了工程参考。