全地形沙地行走轮结构设计方案

该行走轮的设计初衷是解决松软非铺装路面的通过性问题，轮体外侧均匀分布的弧形凸起齿片，在接触沙面时可通过增大接地面积降低接地比压，避免轮体在松散沙粒中出现沉陷打滑。齿片采用连续曲面过渡，没有尖锐应力集中棱角，在滚动过程中可顺着沙粒流动方向切入与脱出，既能够在行进时扒住沙层提供牵引力，又不会在抬升时带起过多沙粒增加行进阻力。轮体中心预留了与NEMA17规格步进电机输出端匹配的安装腔，安装边界完全贴合该型号电机的法兰定位尺寸，电机轴嵌入后可通过径向紧定螺钉锁止，无需额外设计联轴器即可直接传递扭矩，大幅缩减轮组整体轴向占用空间。设计阶段同步关联了轮体外形与物理特性参数，修改齿片高度、数量、弧度时，轮体的理论接地面积、预估抓地系数会同步更新，可快速针对不同颗粒度的沙质路面调整参数。这类轮体可直接通过FDM工艺完成一体打印，无需额外支撑结构，打印完成后仅需清理少量毛刺即可直接装配使用。在实际机器人采矿赛事场景中，搭载该轮组的移动平台可在松散矿渣、沙土地面稳定行进，不会因路面承载能力不足出现陷车，轮体的曲面齿结构在硬质铺装路面也具备足够的接触强度，不会因局部压强过大出现齿片断裂。轮体中心的安装腔同时做了轴向定位台阶，电机装入后可直接限制轮体的轴向窜动，省去了轴用挡圈等额外定位零件，整体轮组的零件数量被压缩到最少，装配工序仅需对准电机法兰、拧紧紧定螺钉两步即可完成。轮体的径向尺寸经过优化，在保证足够越障高度的前提下，不会因直径过大增加步进电机的启动负载，匹配常规42步进电机的输出扭矩即可驱动整车载荷在沙地正常行进。齿片的厚度从根部到顶端做了渐变减薄处理，根部厚度更大以承受行进时的侧向与径向冲击力，顶端稍薄可更轻松切入沙层，兼顾结构强度与抓地性能。轮体内部做了均匀的辐条式减重结构，在不降低整体刚性的前提下减少材料消耗，同时降低轮体自身转动惯量，让步进电机的启停响应更加灵敏，不会因轮体惯量过大出现失步问题。