低轮廓仿生蚂蚁战斗机器人结构设计

这款仿生蚂蚁构型的特种战斗机器人，最初的设计出发点是面向狭小空间内的侦察、破障与近距离作业场景，区别于常规轮式或足式机器人的通过性短板，低轮廓的主体结构能够适配缝隙、废墟夹层、低矮管廊这类常规设备无法进入的作业空间。从结构布局来看，主体采用上下分体式的舱段设计，上舱段主要集成控制模块、动力储能单元与感知元件，顶部做了圆弧收边处理，避免在狭窄空间移动时发生边角卡滞，下舱段为行走驱动与执行机构安装位，上下舱段之间预留的间隙既可以作为鳍状肢的收纳空间，也能在受到侧向冲击时提供一定的形变缓冲余量，避免内部核心元器件直接受载。行走系统选用低轮廓履带结构，相比传统圆形履带轮，这种扁平化的履带布局能够进一步压缩整机高度，履带的接地长度经过匹配计算，在不增加整机宽度的前提下保证足够的接地比压，适配碎石、瓦砾、光滑金属面等复杂接触面的行走需求，不会出现常规小尺寸机器人易打滑、越障能力不足的问题。侧置的鳍状肢结构是这款设计的核心功能部件，平时可以收纳在上下舱段的间隙内，不会额外增加整机的外轮廓尺寸，需要作业时可以向外翻出，既可以作为辅助越障的支撑结构，在机器人翻越垂直障碍或者坡面时提供额外的支撑点，也可以搭载小型作业末端，完成剪切、撬动、抓取这类简单作业动作，鳍状肢的铰接位置做了加强处理，能够承受整机重量1.5倍的侧向载荷，避免在支撑作业时出现结构断裂。整机的外轮廓做了全圆角过渡处理，所有外露的棱边都做了R角处理，一方面是减少移动过程中与周边障碍物的刮蹭，另一方面也能降低外壳的应力集中，在受到碰撞冲击时能够将力均匀分散到整个壳体结构上，外壳主体采用高强度工程塑料材质，在保证结构强度的同时控制整机重量，便于单兵携带或者多台组集群投放。从安装边界来看，整机的宽度控制在单手握持的尺寸范围内，高度不超过常规笔记本电脑的厚度，能够直接放入单兵战术背包的隔层内，不需要额外定制携行装具，舱段之间的连接采用快拆结构，不需要专用工具就可以完成上下舱段的分离，便于现场快速更换电池或者检修内部模块。感知元件的安装位预留在上舱段的前端顶部，采用内埋式安装设计，镜头表面与外壳外表面齐平，不会因为突出的感知部件增加整机轮廓，也能避免移动过程中镜头被剐蹭损坏。驱动模块全部集成在下舱段内部，履带的驱动轮、导向轮都做了内藏式设计，没有外露的转动轴，避免在废墟、管廊这类复杂环境中被线缆、杂物缠绕导致行走失效。这款设计并没有追求过多复杂的功能集成，而是把核心设计目标放在狭小空间的通过性与基础作业能力的平衡上，所有结构设计都围绕压缩外轮廓尺寸、提升环境适应性展开，既可以作为独立的作业单元执行单点任务，也可以作为集群作业的单体单元，通过多台组的配合完成更大范围的作业任务，鳍状肢的接口采用通用化设计，可以根据不同的作业场景快速更换不同的作业末端，不需要对主体结构做改动，拓展了设备的适用场景。在结构强度校核阶段，针对履带行走的冲击载荷、鳍状肢支撑的弯曲载荷、外壳的碰撞载荷都做了对应的仿真验证，保证在1.5米高度自由跌落至水泥地面时，内部核心元器件不会损坏，外壳不会出现开裂，行走与执行机构能够正常工作。整机的重心经过匹配设计，位于下舱段的几何中心位置，在坡面行走或者鳍状肢外翻作业时不会出现侧翻，静态稳定角达到45度，能够适应大坡度的作业面。