明尼苏达大学NASA采矿竞赛机器人专用越野车轮

这款轮组是专为极端松散地形作业的移动机器人设计的行走部件，核心应用场景覆盖类火星地表模拟环境、露天矿坑松散碎石区域、灾后坍塌废墟等常规充气轮胎无法稳定通行的作业场景，尤其适配机器人采矿竞赛中模拟的月壤、风化层、砾石混合路面工况，解决常规轮组在低附着、高沉陷风险地形下的抓地力不足、易扎胎、脱困能力弱的工程痛点。从功能特性来看，轮面采用连续人字交错的胎纹构型，胎齿沿轮周向呈锯齿状连续排布，相邻胎纹形成连续的楔形咬合结构，当轮组在松散颗粒介质上滚动时，胎齿可逐步切入介质层内部，通过多齿连续啮合形成持续牵引力，避免单齿切入过深导致的轮体沉陷，同时交错排布的纹路可在轮体转动时持续排出嵌入胎纹间隙的碎石颗粒，防止卡滞导致的抓地力衰减。轮辋部分采用五辐一体式承载结构，辐条采用大弧度曲面构型，在保证轮组整体径向承载能力的前提下，尽可能降低轮体自身转动惯量，适配小型移动机器人的驱动电机扭矩输出特性，中心安装位设置有同轴定位凸台与周向均布的连接孔，可直接匹配常规机器人驱动轴的法兰安装接口，安装边界预留了足够的轴向间隙，可适配不同宽度的轮轴连接座，无需额外加工转接件即可完成装配。设计过程中优先考虑了无充气结构的可靠性，整个轮体采用一体化构型设计，不存在充气轮胎的爆胎、漏气风险，轮面的胎齿高度经过多轮地形仿真迭代，既保证足够的咬合深度，又避免胎齿过高导致轮体滚动过程中重心波动过大，影响机器人搭载的探测、采样设备的工作稳定性。轮体的整体宽度与直径比例经过优化，在松散地形下的接地比压控制在较低区间，可有效降低轮体在软质路面的沉陷量，配合胎纹的排屑特性，即使在坡度超过20度的松散碎石坡面上，也能保持稳定的牵引力输出，不会出现原地打滑空转的情况。轮辋的辐条之间预留了足够的镂空空间，一方面可减轻轮体自重，降低驱动系统的负载，另一方面可避免轮体转动时带起的碎石卡在辐条与车体之间，影响行走系统的正常运转，中心安装孔的同轴度公差控制在较高精度等级，可保证轮组高速转动时的动平衡性能，减少机器人行走过程中的振动传递。