两英寸可3D打印麦克纳姆进气轮结构

这款两英寸规格的麦克纳姆进气轮，最初是为小型全向移动平台的紧凑安装空间设计的，区别于常规麦克纳姆轮的实心辊子布局，这款轮体在结构上整合了进气导流的功能，在轮组转动过程中，辊子间隙与轮体中心的六边形安装孔周边的镂空结构可以形成稳定的气流通道，既能够降低轮组高速转动时的风阻，也可以为轮组安装位置下方的电气元件提供辅助散热的气流，适配小型竞赛类移动机器人、桌面级全向转运平台的使用需求。

从实际应用场景来看，这类小尺寸麦克纳姆轮多用于载荷在5kg以内的小型移动设备，比如实验室的物料转运小车、青少年机器人竞赛的参赛底盘、桌面级巡检移动单元，常规同尺寸麦克纳姆轮多采用实心轮盘加外包橡胶辊子的结构，转动时轮盘下方容易形成紊流，带动地面浮尘飘散到设备内部，这款轮体的导流结构可以将轮面接触位置的气流向轮体中心引导，减少紊流带起的浮尘量，同时中心的六边形安装孔是直接适配标准6mm六角输出轴的，不需要额外加装轴套或者联轴器，安装时只需要将轮体对准输出轴推入，在轴端加装一枚轴向固定的顶丝就可以完成锁紧，安装边界控制得非常紧凑，轮体整体外径为两英寸也就是50.8mm，轮体厚度方向的尺寸控制在26mm以内，安装后突出安装面的高度不超过28mm，对于底盘内部空间局促的小型设备来说，不需要额外预留轮组的避让空间，底盘底板距离地面的高度只要保持在8mm以上就不会出现轮组转动剐蹭底板的问题。

设计思路上，这款轮体完全适配FDM3D打印的工艺要求，所有结构的壁厚都控制在2mm以上，没有小于45度的悬空结构，打印时不需要添加支撑材料，直接摆放就可以完成打印，辊子的安装轴位是和轮盘一体打印成型的，不需要额外加装金属轴，辊子本身也是采用分体式的打印结构，打印完成后只需要将辊子卡入轮盘的轴位，就可以实现自由转动，辊子的外轮廓是按照麦克纳姆轮的标准辊子母线设计的，接触地面的轮廓线始终和轮体的理论外圆重合，不会出现转动时轮体上下颠簸的问题，轮体周边的辊子安装角度保持45度，和标准麦克纳姆轮的受力角度完全一致，四个同款轮组按照矩形布局安装在底盘四角，就可以实现全向移动的所有动作，包括前后平移、左右横移、原地自转、斜向移动，运动控制逻辑和常规商用麦克纳姆轮完全通用，不需要重新调整运动学解算参数。

从功能特性上来说，这款轮体的进气导流结构并不是简单的镂空减重，轮盘上的每一处导流槽的角度都是顺着轮体转动时的气流方向设计的，当轮体以每分钟100转的速度转动时，中心位置可以形成稳定的低压区，将轮面附近的空气向轮体上方引导，对于安装在轮组上方的驱动板、电机这类发热元件来说，这个持续的气流可以带走部分热量，在没有额外加装散热风扇的情况下，可以让驱动板的工作温度降低3到5摄氏度，对于小型移动设备来说，省去一个散热风扇就可以减少一部分功耗，延长电池的续航时间。另外轮体中心的六边形安装孔的公差是按照3D打印的常规收缩率设计的，打印完成后孔径的实际尺寸和标准六角轴的间隙控制在0.2mm以内，既不会出现安装过紧需要打磨的问题，也不会因为间隙过大导致转动时出现旷量，传动过程中没有虚位，移动时的定位精度更高。

在实际选型使用的时候，需要注意这款轮体的单轮额定载荷是1.5kg，四个轮组组成的底盘总载荷不要超过6kg，避免辊子或者轮盘因为载荷过大出现变形，辊子和地面的接触材质适配性比较广，在木质桌面、PVC地板、短绒地毯、环氧地坪上都可以获得足够的摩擦力，不会出现打滑的问题，不适合在有明显凸起颗粒的粗糙地面使用，避免小颗粒卡入辊子的转动间隙导致辊子卡死。另外这款轮体的所有结构都没有需要二次装配的金属嵌件，打印完成后只需要去除少量的打印毛刺就可以直接使用，非常适合快速原型制作的时候使用，不需要额外采购标准件，从打印到装配完成的时间可以控制在两个小时以内，对于需要快速验证全向移动底盘方案的开发者来说，可以大幅缩短原型制作的周期。