UBC竞赛用Roombot轮式作业机器人结构

该轮式作业机器人采用圆形底盘作为整机承载基座，底盘下部对称布置两组驱动轮组，轮组外缘与底盘下沿齐平，预留12mm的离地间隙，可适配平整室内竞赛场地的通行需求，底盘整体直径控制在450mm范围内，高度方向从地面到底盘上表面为110mm，底盘内部预留电控模块、供电单元的安装腔体，腔体侧壁开设走线槽与散热格栅，避免线缆干涉运动部件同时保障电控元件的工作温度区间。底盘上表面采用分层式布局，下层平台布置物料承载区，承载区表面做防滑纹理处理，可承载最大3kg的作业物料，承载区边缘设置15mm高的挡边，防止机器人移动过程中物料滑落；中层平台布置机械臂安装基座，基座与底盘采用螺栓刚性连接，安装面平面度公差控制在0.05mm以内，保障机械臂运行的稳定性。上部搭载的多自由度机械臂采用连杆式结构，大臂、小臂均采用镂空式轻量化设计，在保证结构刚度的前提下降低臂体自重，臂体末端配置可更换的执行器接口，可根据作业需求更换夹爪、拨杆等不同作业端头，机械臂最大伸展半径可达380mm，垂直方向作业高度覆盖从底盘上表面以上50mm到420mm区间，可完成物料拾取、位置转移、定点操作等多类作业动作。机械臂侧部布置驱动元件与传动组件，传动采用绳索牵引结合齿轮传动的复合方案，绳索传动布置在臂体内部，减少外部结构冗余，齿轮传动副设置在关节连接处，保证关节传动的精度与回程间隙控制在允许范围内，所有传动部件均设置防护挡板，避免作业过程中异物卡入传动结构。整机的重心经过配平设计，静态重心落在底盘几何中心15mm半径范围内，机械臂全伸展状态下动态重心偏移量不超过底盘支撑边界的80%，避免机器人作业过程中发生倾翻。底盘侧部设置透明检修舱门，舱门采用卡扣式连接，无需工具即可快速开启，方便日常维护时对内部电控、供电模块进行检修更换，底盘上部的各层平台之间采用立柱支撑连接，立柱与平台之间设置定位销，保证装配时的位置精度，重复装配定位误差不超过0.1mm。从实际应用场景来看，这类结构的轮式作业机器人可适配室内定点物料转运、轻型作业操作类场景，其分层式布局的设计思路可拓展应用到小型仓储搬运机器人、教学实训机器人的结构开发中，机械臂与移动底盘的集成设计兼顾了移动灵活性与作业操作能力，各部件的安装边界预留充足的调整空间，可根据不同的作业需求更换对应的功能模块，底盘的尺寸设计充分考虑了狭小空间内的转向通行需求，原地转向时的最大回转半径与底盘半径一致，可在狭窄通道内完成转向操作。结构设计过程中针对运动干涉做了全行程校验，机械臂在全角度运动范围内与底盘、上层平台的部件均保持至少5mm的安全间隙，驱动轮组的悬挂结构预留5mm的上下浮动量，可适配场地表面微小的高度差，避免轮组悬空导致的行走打滑问题。所有外露的结构件边缘均做圆角处理，圆角半径不小于2mm，避免操作维护过程中尖锐边角造成划伤，线缆布置全部采用内部走线方式，外部无裸露线缆，防止运动过程中线缆被拉扯损坏。