上大學已經三年了，還沒參加過全國性的比賽，這次學校號召大家參加全國大學生工程訓練綜合能力競賽，我拉了幾個同學一起報名參加了，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：以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車

 

1．功能設計要求

給定一重力勢能，根據能量轉換原理，設計一種可將該重力勢能轉換為機械能并可用來驅動小車行走的裝置。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），競賽時統一用質量為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構（1個轉向輪，2個驅動輪），具體結構造型以及材料選用均由參賽者自主設計完成。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量塊作為載荷，其質量應不小于750克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。②轉向輪最大外徑應不小于￠30mm。

參賽者需要提交關于作品的設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量塊上自主設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計說明（篇幅限制為A4紙一張，文字部分的字數不超過300字，內容包括創意、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。按照預賽階段的要求，在各自所在的學校內，自主設計相關結構，圖片和動畫。通過學校選拔比賽，決定1-2項參加省級分區賽的項目，并制作出全部零件。

3．省分區賽內容：加載符合本命題規定的比賽載荷質量塊，在硬質水平地面（例如光滑的水泥地面、水磨石地面或室內標準球賽地板等）的指定賽道上進行比賽，小車需按規定繞過各個障礙。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。

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

4．省分區賽成績：以小車的結構設計特色、徽標設計、自動行走比賽時的前行距離、提交的報告以及現場問辨情況，根據加權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網站上公布）。

 

 

 

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

     關于如何讓小車轉向，我們已經商討出了一套方案，但是就如何讓重力勢能轉換成動能最多，目前只有兩個方法，一個是讓重力勢能先轉化為發條的彈性是能，再轉化為小車的動能，另個是直接用皮條或者細繩讓重物下降帶動與車輪軸轉動直接轉化為車的動能，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，