FRC赛事竞技用轮式作业机器人结构设计

该款机器人面向青少年机器人竞技赛事场景开发，整体采用轮式移动底盘作为承载基础，底盘框架采用铝型材拼接搭配钣金折弯件做局部加强，在保证整体结构刚度的前提下尽可能压缩自重，适配赛事对设备总重量的严格限制。底盘两侧的驱动轮采用大直径橡胶包覆轮，搭配底部的辅助支撑轮，保证在场地内快速移动时的侧向稳定性，即使在急停、急转向工况下也不会出现侧翻风险，底盘的离地间隙经过反复校核，能够顺畅通过场地内设置的坡道、凸起障碍等地形，不会出现底盘剐蹭、卡滞的问题。上部的作业执行机构采用双侧对称摇臂结构，摇臂通过铰接支座与底盘主框架连接，铰接点处配置深沟球轴承降低转动阻尼，摇臂的摆动由线性推杆驱动，可根据作业需求调整前端拾取机构的高度与俯仰角度，适配不同高度的物料拾取、投放动作。前端拾取机构采用多组带棘刺的滚轮组件，滚轮表面的棘刺采用柔性尼龙材质加工，既能够保证与被拾取物料之间有足够的摩擦力，不会在快速移动过程中出现物料脱落，也不会因为刚性接触对物料或者场地设施造成损伤，滚轮的转动由独立的直流减速电机驱动，可通过正反转实现物料的拾取与释放动作。机构中部设置了物料暂存托架，托架采用弧形钣金折弯成型，弧度与被拾取的圆盘类物料轮廓完全匹配，能够在机器人移动过程中稳定托住物料，避免因为场地颠簸导致物料移位，托架的侧方设置了导向挡边，对物料的放入动作起到引导作用，降低拾取动作的对位精度要求。整体结构的走线全部采用拖链收纳，所有动力线缆、信号线缆都沿着结构件的内侧布置，通过线卡固定在框架上，避免机器人运动过程中线缆被拉扯、剐蹭，所有的铰接活动位置都预留了润滑脂加注空间，可在赛前维护时快速加注润滑脂，降低运动副的磨损速度，延长整套机构的使用寿命。在结构设计阶段，所有的受力部件都经过了载荷校核，摇臂在最大伸出长度、满载物料的工况下，结构变形量控制在允许范围内，不会因为形变导致机构卡滞或者拾取精度下降，底盘上的电气元件安装位都做了减震处理，通过橡胶减震垫将控制板、电池等元件与底盘框架隔离，避免快速移动时的震动对电气元件造成损伤。整套机构的安装接口全部采用标准化快拆设计，不同的功能模块可在赛前快速更换，不需要复杂的调试即可适配不同的赛事任务需求，比如更换前端的执行机构即可完成物料拾取、投射、攀爬等不同类型的赛事任务，底盘的驱动轮也可根据场地地面材质的不同快速更换不同纹路的轮胎，保证最佳的抓地性能。