FRC赛事二合一全向轮结构设计

　　这款轮组是面向竞技类移动机器人开发的二合一全向行走部件，核心解决窄机身机器人在狭小赛场空间内的全向移动需求，区别于传统单排全向轮，该结构将两组omni轮的辊子排布整合在单组轮毂上，在不增加轮组轴向安装宽度的前提下，提升了轮组与地面的接触包覆面积，能有效降低机器人急停、横向滑移时的接地压强波动，减少高速行进时的跳动问题。从实际赛场应用场景来看，这类全向轮主要服务于需要完成横向平移、原地自旋、斜向穿插动作的竞技机器人，在对抗类赛事中，搭载这类轮组的机器人不需要预留转向空间，就能在拥挤的攻防区域内快速调整站位，完成取放物料、卡位对抗等动作，相比传统差速轮组，其路径调整的冗余度更高，能大幅缩短走位调整的时间。

　　在功能特性上，轮组的轮毂采用分体式拼接结构，中间预留内六角安装孔位，可直接与输出轴配合传递扭矩，不需要额外设计轴套转接结构，轮毂上的定位孔与辊子安装座采用一体化成型设计，每一个辊子的安装轴孔都做了同轴度限位，避免辊子转动时出现卡滞或偏摆。辊子采用鼓形外轮廓，曲面弧度经过匹配计算，当轮组绕主轴线转动时，辊子的外母线始终能与地面保持线性接触，不会出现传统全向轮辊子边缘剐蹭地面的问题，同时辊子的排布角度经过优化，任意时刻都至少有两个辊子同时接触地面，保证行走过程中的支撑稳定性，不会出现单点支撑带来的颠簸。设计过程中重点考量了安装边界的适配性，轮组的中心安装孔适配常规的六角输出轴，配套的销钉孔位匹配标准尺寸的圆柱销，安装时只需要将轮组套入驱动轴，穿入固定销即可完成锁止，不需要额外加工定制连接件，能适配多数竞技机器人的标准驱动模组安装尺寸。轮毂上的镂空结构在保证结构强度的前提下，尽可能降低了轮组自身的转动惯量，能减少驱动电机的启动负载，提升加速响应速度，辊子与轮毂之间的安装间隙经过反复调整，既保证辊子能自由转动，又不会出现过大的旷量，避免机器人启停时出现虚位冲击。

　　针对3D打印的加工特性，轮毂的各个安装面都做了打印适配设计，没有大角度的悬空结构，不需要添加过多支撑就能完成打印，辊子的安装座预留了轻微的过盈量，打印完成后只需要简单清理毛边就能完成辊子的压装，压装后辊子的转动阻尼均匀，不会出现松紧不一的情况。材料选择上，轮毂部分可采用高强度打印材料保证结构刚性，辊子部分采用韧性较好的材料，能在碰撞时吸收部分冲击，避免辊子碎裂。在实际装配调试时，需要注意固定销的压装深度，保证销钉完全沉入孔位，不会突出轮毂表面剐蹭周边结构，同时要检查每一个辊子的转动顺滑度，若出现卡滞可适当打磨安装孔位的毛边，保证所有辊子都能自由转动。

　　这类二合一结构的全向轮相比两组独立并排安装的全向轮，轴向尺寸缩短近一半，能给机器人内部的电池、控制板、执行机构留出更多安装空间，对于尺寸限制严格的竞技类机器人来说，这种紧凑化的设计能大幅提升整机的布局灵活性，同时减少了一组轮组的安装工序，能降低装配复杂度，提升整机的维护效率。在行走性能上，该轮组既保留了全向轮的全向移动能力，又通过双排辊子的结构提升了承载能力，能适配重量更大的机器人平台，在高速行进时的稳定性也优于单排结构的全向轮，不会因为地面微小的不平整出现大幅晃动，能保证机器人上部搭载的执行机构定位精度。