多辐条机器人行走轮轮圈结构设计

　　这款轮圈结构主要面向小型移动巡检机器人、教育竞赛类机器人以及轻型服务类移动机器人的行走轮组配套使用，在室内平整铺装路面、实验室环氧地坪、短距离硬质户外步道场景下都能适配，承担轮组与橡胶外圈的连接支撑、扭矩传递、行走过程径向载荷承载的核心作用。从结构设计逻辑来看，轮圈采用双轮缘的槽型截面设计，外侧两道凸起轮缘可以牢牢卡住配套的橡胶胎体，避免机器人急停、转向过程中胎体与轮圈发生相对滑移，甚至出现胎体脱圈的故障，轮缘的过渡位置全部做了R2的圆角处理，既可以消除安装胎体时的应力集中点，也能避免尖锐棱边割伤橡胶胎体内层，延长胎体的实际使用寿命。轮辐部分采用放射状等距分布的窄辐条设计，单根辐条的截面做了等强度优化，

　　靠近轮毂连接位置的截面厚度略大于辐条中段，在保证整体支撑强度的前提下尽可能削减了非必要的实体材料，既降低了整个轮圈的自重，减少行走驱动电机的无效负载，也能在轮组经过微小路面凸起时提供微量的径向形变缓冲，抵消部分路面传递的振动，避免振动直接传递到机器人上部的传感器、控制板等精密元器件，降低元器件受振松脱、检测精度受干扰的概率。轮毂中心的安装孔做了D型切面设计，与驱动电机输出轴的D型轴段直接配合，不需要额外加装键连接结构就能传递额定扭矩，安装时只需要将轮圈对准输出轴推入到位，配合轴端的锁紧挡圈就能完成固定，装配步骤简单，后期维护更换轮圈时不需要复杂的工装就能完成拆装。从安装边界尺寸来看，轮圈的整体外径适配常规65mm直径的橡胶行走胎，

　　轮圈的轴向总宽度控制在28mm，双轮缘之间的胎体安装槽宽度为22mm，能够适配市面常见的20-24mm宽度的实心橡胶胎、硅胶静音胎；中心安装孔的公称直径为6mm，D型切面的平面距离孔中心的尺寸为5.2mm，适配绝大多数小型机器人常用的6mm直径D型输出轴直流减速电机，轮圈背面与电机安装面贴合的位置做了深度1.5mm的沉台设计，可以容纳电机输出轴端的轴用挡圈、锁紧螺母等凸起结构，保证轮圈安装后背面能够完全贴紧电机安装端面，避免轮圈安装后出现轴向窜动。在实际工况适配性上，这款轮圈的辐条间隙做了均匀化设计，单根辐条之间的间隙宽度控制在3mm左右，既不会因为间隙过大导致异物卡入辐条之间造成轮组卡滞，也不会因为间隙过小增加轮圈整体重量，

　　同时均匀分布的辐条在轮圈转动过程中不会产生额外的风阻噪声，适合对运行噪音有要求的室内服务机器人场景，比如图书馆导引机器人、办公区配送机器人等场景使用。轮圈与胎体接触的安装槽表面做了细微的网格滚花设计，能够增加轮圈与橡胶胎体内壁之间的摩擦力，进一步提升扭矩传递的可靠性，即使机器人在10度以内的缓坡上行走、或者突然加减速的工况下，也不会出现胎体与轮圈打滑的问题。设计过程中针对轮圈的受力情况做了简化的受力仿真验证，在单轮承受5kg额定垂直载荷的工况下，轮辐位置的最大应力远低于常用PLA、ABS等3D打印材料以及铝合金机加工材料的许用应力值，不管是采用3D打印快速打样验证，还是采用铝合金批量机加工生产，都能满足结构强度要求，不需要额外做加强结构调整。轮圈的轴向端面做了全平面的平整度控制，安装胎体后胎体的侧面跳动量可以控制在0.2mm以内，能够保证机器人行走过程的直线度，减少行走过程中因为轮圈跳动导致的走偏问题，降低机器人行走控制算法的纠偏压力。