上大學(xué)已經(jīng)三年了，還沒參加過全國性的比賽，這次學(xué)校號召大家參加全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽，我拉了幾個同學(xué)一起報名參加了，大家討論了幾次決定選第一道題作為參賽項目，題目如下：         

命題1：以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車

 

1．功能設(shè)計要求

給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機械能并可用來驅(qū)動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設(shè)置的障礙物（每間隔1米，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒）。以小車前行距離的遠近、以及避開障礙的多少來綜合評定成績。

給定重力勢能為5焦耳（取g=10m/s2），競賽時統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差500±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，不允許掉落（見圖1和圖2）。

要求小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。

小車要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個轉(zhuǎn)向輪，2個驅(qū)動輪），具體結(jié)構(gòu)造型以及材料選用均由參賽者自主設(shè)計完成。要求滿足：①小車上面要裝載一件外形尺寸為￠60×20 mm的實心圓柱型鋼制質(zhì)量塊作為載荷，其質(zhì)量應(yīng)不小于750克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。②轉(zhuǎn)向輪最大外徑應(yīng)不小于￠30mm。

參賽者需要提交關(guān)于作品的設(shè)計說明書和工程管理方案、加工工藝方案及成本分析方案報告。

要求參賽者在自制的載荷質(zhì)量塊上自主設(shè)計并加工出反映本屆競賽主題的徽標。參賽隊參賽時同時提交徽標設(shè)計說明（篇幅限制為A4紙一張，文字部分的字數(shù)不超過300字，內(nèi)容包括創(chuàng)意、材料、制作說明），作為評分點之一。

2．本校制作：以參賽小組為單位，每組不多于3人。按照預(yù)賽階段的要求，在各自所在的學(xué)校內(nèi)，自主設(shè)計相關(guān)結(jié)構(gòu)，圖片和動畫。通過學(xué)校選拔比賽，決定1-2項參加省級分區(qū)賽的項目，并制作出全部零件。

3．省分區(qū)賽內(nèi)容：加載符合本命題規(guī)定的比賽載荷質(zhì)量塊，在硬質(zhì)水平地面（例如光滑的水泥地面、水磨石地面或室內(nèi)標準球賽地板等）的指定賽道上進行比賽，小車需按規(guī)定繞過各個障礙。行走繞過的障礙越多，得分越高。每個參賽項目只能出一輛小車參加比賽，每車有二次機會，取二次成績中最高分作為最終得分。

轉(zhuǎn)向輪的制作采用根據(jù)原設(shè)計圖紙和工藝要求，可以選擇經(jīng)計算機三維造型后，使用快速成型機制作、或者采用其他加工方法制造，應(yīng)提供全部加工過程視頻（10分鐘內(nèi)）。以快速成型制作的將適當加分。

4．省分區(qū)賽成績：以小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計特色、徽標設(shè)計、自動行走比賽時的前行距離、提交的報告以及現(xiàn)場問辨情況，根據(jù)加權(quán)公式計算得出最終比賽得分（具體平分標準待評委會討論后在相關(guān)網(wǎng)站上公布）。

 

 

 

圖1：小車示意圖

 

 

 

圖2：小車在重力勢能作用下自動行走示意圖

     關(guān)于如何讓小車轉(zhuǎn)向，我們已經(jīng)商討出了一套方案，但是就如何讓重力勢能轉(zhuǎn)換成動能最多，目前只有兩個方法，一個是讓重力勢能先轉(zhuǎn)化為發(fā)條的彈性是能，再轉(zhuǎn)化為小車的動能，另個是直接用皮條或者細繩讓重物下降帶動與車輪軸轉(zhuǎn)動直接轉(zhuǎn)化為車的動能，實在不知道哪個效率最高，不知道各位前輩能否提點意見或者有何更好的方案，晚輩感激不盡！案，