单轮平衡式卡通抓取执行机构设计

　　这款单轮平衡式抓取执行机构，最初的设计切入点是面向轻载小件的近距离移载场景，比如电子产线的贴片元件周转、教学实训台的物料分拣、文创展示场景的互动演示，区别于传统多自由度关节机械手的厚重结构，它把移动功能和抓取功能做了高度集成，整体采用单轮着地的自平衡结构，省去了传统移动机器人的多轮差速转向机构，大幅压缩了整机的占用空间。

　　从结构布局来看，整机上部采用类球形的头部舱体设计，内部预留了姿态传感器、控制板的安装空间，球形外壳的曲面过渡没有尖锐棱角，一方面是适配卡通化的外观需求，另一方面也能避免人机交互场景下的磕碰风险，头部舱体和中部的躯干舱采用卡扣式连接，方便后期拆装维护内部电控元件。中部躯干为圆柱型舱段，两侧伸出的臂部结构内置了微型直线驱动组件，臂端预留了抓取末端的安装接口，可以根据实际作业需求更换夹爪、真空吸盘、磁吸头等不同执行端，躯干舱内部预留了电池、驱动板的安装位，舱壁做了加强筋布局，在保证壁厚1.5mm的前提下满足结构刚度要求，避免臂部伸出作业时出现躯干形变。

　　下部的行走部分采用单轮驱动结构，轮体通过两侧的弹性支撑臂和躯干底部连接，支撑臂内置了缓冲弹簧，可以抵消不平整地面带来的振动，保证上部抓取作业时的姿态稳定，轮体采用聚氨酯包胶材质，兼顾地面摩擦力和行走静音性，底部的支撑脚为停机状态下的承重结构，当设备断电或者待机时，支撑脚接触地面承担整机重量，不需要额外的支撑机构就能保持直立状态。

　　设计过程中优先考虑了安装边界的约束，整机直立状态下的总高度控制在320mm以内，躯干最大直径为80mm，轮体直径为60mm，作业时臂部最大伸出长度为120mm，单臂最大负载为500g，完全适配桌面级的轻载作业场景，不需要额外的安装固定基座，放置在平整工作台面即可完成部署。姿态控制上，依靠头部舱内的陀螺仪实时检测整机倾斜角度，通过驱动轮的前后转动动态调整重心位置，实现自平衡行走，转向则通过躯干内部的回转机构带动上部舱体转动来实现，相比传统差速轮结构，转向半径为零，可以在狭小的桌面空间内灵活移动。

　　在功能实现上，这款执行机构的抓取动作和移动动作做了联动控制，当移动到目标物料位置时，臂部驱动组件会根据预设的行程伸出，末端执行器完成物料抓取后，臂部收回至躯干两侧，降低整机重心，保证移动过程中的平衡稳定性，到达放料位置后再伸出臂部完成放料动作。结构建模时所有配合面都预留了0.2mm的装配间隙，塑料件采用拔模角度1.5度的设计，满足3D打印或者注塑开模的工艺要求，所有走线都通过躯干内部的走线槽布置，避免外露线路影响移动和抓取动作。

　　不同于工业场景下的重载抓取设备，这款结构更偏向轻量、灵活、互动性强的应用场景，比如科普展厅的互动演示装置、青少年机器人教学的实训平台、小型文创产品的展示移载，甚至可以作为桌面级的智能收纳助手，完成桌面小物件的抓取归置。设计时特意弱化了工业设备的冰冷感，采用圆润的卡通造型，降低使用者的距离感，同时在结构强度上做了冗余设计，臂部和支撑臂的连接位置做了圆角过渡，避免应力集中导致的结构断裂，轮轴位置采用双轴承支撑，减少长时间行走带来的轴部磨损，延长设备的使用寿命。