胎面做了密集的块状防滑齿设计,齿形不是规整的方块,而是带错落的凸起边缘,在水泥地面、塑胶跑道、短草皮这类常见的行走路面上,能提供足够的抓地力,避免起步、转向时出现打滑空转的情况,哪怕是遇到小幅度的路面起伏,错落的齿块也能逐步贴合路面,不会出现整轮悬空失速的问题。轮体的结构分成三个部分,最外层是带防滑纹理的胎体,中间是硬质的轮毂支撑结构,中心穿装的是带定位孔的金属安装轴,轮毂和胎体之间做了嵌入式的配合限位,胎体内侧有一圈凸起的卡边,刚好卡在轮毂外缘的卡槽里,长期转动不会出现胎体和轮毂相对滑脱的问题。这款85mm规格的行走轮,常被用在小型巡检机器人、教育类竞赛小车、室内外轻型移动作业平台的行走端,不少做小型移动设备开发的工程师在选型时,会优先考虑这类带一体式安装轴的轮组,省去额外设计轴座、找配合公差的麻烦。从实际使用场景来看,这类轮组适配的多是载荷在5kg以内的轻型移动设备,不管是实验室里的导航测试小车,还是厂区里做管线巡检的小型爬壁/地面行走机器人,亦或是青少年机器人竞赛里的越野类参赛车型,都能见到同结构轮组的应用。
设计的时候,轮毂做了镂空减重处理,不是实心的圆盘结构,既减少了轮体自身的转动惯量,让驱动端的电机不需要输出太大的扭矩就能带动轮体转动,也给走线、安装编码器码盘预留了足够的空间,不少做闭环速度控制的小车,会直接把码盘装在轮毂内侧的空腔里,不用额外设计码盘安装支架。中心的安装轴是黄铜材质,轴端做了穿销用的径向定位孔,和轮毂的配合是过盈压装的,不会出现轴和轮毂相对转动的情况,轴的直径是常规的小型驱动电机输出轴适配尺寸,不管是和D型轴电机直连,还是通过联轴器连接,都能保证传动的同轴度,减少转动时的径向跳动。
安装边界上,轮体总宽度在30mm左右,轴伸出轮毂两侧的长度各有10mm左右,做设备机架设计的时候,只需要在侧板上开出对应直径的轴孔,或者加装简单的含油轴承支撑,就能完成轮组的安装,不需要额外设计复杂的张紧或者固定结构。胎面的齿高控制在3mm左右,既保证了足够的防滑性能,也不会因为齿过高导致轮体转动时出现上下颠簸的情况,在平整路面行走时的平顺性也能满足要求。不少工程师在复刻这类轮组的时候,会特意把轮毂的安装止口尺寸做的和常用的37型减速电机输出端匹配,直接把轮轴插在电机输出轴的锁紧孔里就能完成装配,整个装配过程不需要额外的紧固件,后期维护更换也很方便。
另外胎体的材质选用的是有一定弹性的硬质橡胶,不是硬塑料材质,遇到小的石子或者路面接缝的时候,胎面能产生微小的形变缓冲震动,避免震动直接传递到机架上的传感器、控制板这类精密元件,提升设备运行的稳定性。轮毂的材质是硬质工程塑料,强度足够支撑额定载荷,同时自身重量很轻,不会给驱动端增加额外的负载。在做结构验证的时候,这类轮组的同心度是很关键的指标,设计时轴的中心和轮体的外圆中心同轴度公差控制在0.1mm以内,高速转动时不会出现明显的偏摆,不会影响设备的导航定位精度,对于靠轮式里程计做定位的移动设备来说,这个公差范围能把里程计的累计误差控制在可接受的范围内。
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