上大學(xué)已經(jīng)三年了，還沒(méi)參加過(guò)全國(guó)性的比賽，這次學(xué)校號(hào)召大家參加全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽，我拉了幾個(gè)同學(xué)一起報(bào)名參加了，大家討論了幾次決定選第一道題作為參賽項(xiàng)目，題目如下：         

命題1：以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車(chē)

 

1．功能設(shè)計(jì)要求

給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)行走的裝置。該自行小車(chē)在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道上設(shè)置的障礙物（每間隔1米，放置一個(gè)直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒）。以小車(chē)前行距離的遠(yuǎn)近、以及避開(kāi)障礙的多少來(lái)綜合評(píng)定成績(jī)。

給定重力勢(shì)能為5焦耳（取g=10m/s2），競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來(lái)獲得，落差500±2mm，重塊落下后，須被小車(chē)承載并同小車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，不允許掉落（見(jiàn)圖1和圖2）。

要求小車(chē)前行過(guò)程中完成的所有動(dòng)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(chē)要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個(gè)轉(zhuǎn)向輪，2個(gè)驅(qū)動(dòng)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(jì)完成。要求滿足：①小車(chē)上面要裝載一件外形尺寸為￠60×20 mm的實(shí)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(chē)行走過(guò)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(jì)說(shuō)明書(shū)和工程管理方案、加工工藝方案及成本分析方案報(bào)告。

要求參賽者在自制的載荷質(zhì)量塊上自主設(shè)計(jì)并加工出反映本屆競(jìng)賽主題的徽標(biāo)。參賽隊(duì)參賽時(shí)同時(shí)提交徽標(biāo)設(shè)計(jì)說(shuō)明（篇幅限制為A4紙一張，文字部分的字?jǐn)?shù)不超過(guò)300字，內(nèi)容包括創(chuàng)意、材料、制作說(shuō)明），作為評(píng)分點(diǎn)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(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)，圖片和動(dòng)畫(huà)。通過(guò)學(xué)校選拔比賽，決定1-2項(xiàng)參加省級(jí)分區(qū)賽的項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)球賽地板等）的指定賽道上進(jìn)行比賽，小車(chē)需按規(guī)定繞過(guò)各個(gè)障礙。行走繞過(guò)的障礙越多，得分越高。每個(gè)參賽項(xiàng)目只能出一輛小車(chē)參加比賽，每車(chē)有二次機(jī)會(huì)，取二次成績(jī)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(jì)圖紙和工藝要求，可以選擇經(jīng)計(jì)算機(jī)三維造型后，使用快速成型機(jī)制作、或者采用其他加工方法制造，應(yīng)提供全部加工過(guò)程視頻（10分鐘內(nèi)）。以快速成型制作的將適當(dāng)加分。

4．省分區(qū)賽成績(jī)：以小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色、徽標(biāo)設(shè)計(jì)、自動(dòng)行走比賽時(shí)的前行距離、提交的報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)辨情況，根據(jù)加權(quán)公式計(jì)算得出最終比賽得分（具體平分標(biāo)準(zhǔn)待評(píng)委會(huì)討論后在相關(guān)網(wǎng)站上公布）。

 

 

 

圖1：小車(chē)示意圖

 

 

 

圖2：小車(chē)在重力勢(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖

     關(guān)于如何讓小車(chē)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(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能最多，目前只有兩個(gè)方法，一個(gè)是讓重力勢(shì)能先轉(zhuǎn)化為發(fā)條的彈性是能，再轉(zhuǎn)化為小車(chē)的動(dòng)能，另個(gè)是直接用皮條或者細(xì)繩讓重物下降帶動(dòng)與車(chē)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為車(chē)的動(dòng)能，實(shí)在不知道哪個(gè)效率最高，不知道各位前輩能否提點(diǎn)意見(jiàn)或者有何更好的方案，晚輩感激不盡！案，