上大学已经三年了，还没参加过全国性的比赛，这次学校号召大家参加 全国大学生工程训练综合能力竞赛，我拉了几个同学一起报名参加了，大家讨论了几次决定选第一道题作为参赛项目，题目如下：

命题1：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车

1．功能设计要求

给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。

给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差500±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落（见图1和图2）。

要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。

小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：①小车上面要装载一件外形尺寸为￠60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小于￠30mm。

参赛者需要提交关于作品的设计说明书和工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案报告。

要求参赛者在自制的载荷质量块上自主设计并加工出反映本届竞赛主题的徽标。参赛队参赛时同时提交徽标设计说明（篇幅限制为A4纸一张，文字部分的字数不超过300字，内容包括创意、材料、制作说明），作为评分点之一。

2．本校制作：以参赛小组为单位，每组不多于3人。按照预赛阶段的要求，在各自所在的学校内，自主设计相关结构，图片和动画。通过学校选拔比赛，决定1-2项参加省级分区赛的项目，并制作出全部零件。

3．省分区赛内容：加载符合本命题规定的比赛载荷质量块，在硬质水平地面（例如光滑的水泥地面、水磨石地面或室内标准球赛地板等）的指定赛道上进行比赛，小车需按规定绕过各个障碍。行走绕过的障碍越多，得分越高。每个参赛项目只能出一辆小车参加比赛，每车有二次机会，取二次成绩中最高分作为最终得分。

转向轮的制作采用根据原设计图纸和工艺要求，可以选择经计算机三维造型后，使用快速成型机制作、或者采用其他加工方法制造，应提供全部加工过程视频（10分钟内）。以快速成型制作的将适当加分。

4．省分区赛成绩：以小车的结构设计特色、徽标设计、自动行走比赛时的前行距离、提交的报告以及现场问辨情况，根据加权公式计算得出最终比赛得分（具体平分标准待评委会讨论后在相关网站上公布）。

图1：小车示意图

图2：小车在重力势能作用下自动行走示意图

关于如何让小车转向，我们已经商讨出了一套方案，但是就如何让重力势能转换成动能最多，目前只有两个方法，一个是让重力势能先转化为发条的弹性是能，再转化为小车的动能，另个是直接用皮条或者细绳让重物下降带动与车轮轴转动直接转化为车的动能，实在不知道哪个效率最高，不知道各位前辈能否提点意见或者有何更好的方案，晚辈感激不尽！案，