152mm双铝衬套式全向轮结构设计

　　做移动机器人底盘选型的时候，全向轮的结构合理性直接决定了整车的运动精度与负载表现，这款152mm规格的双铝结构衬套式滚轮，针对竞赛类机器人、小型仓储AGV的紧凑安装场景做了针对性的结构优化，区别于传统单排滚轮的全向轮，双铝基体的设计在保证轮体整体刚性的同时，把轮体总宽度控制在了39mm，给底盘的悬挂结构、安装支架留出了足够的布置空间，不会出现轮组过宽挤占底盘内部电池、控制板安装位的问题。从实际使用场景来看，这类全向轮主要应用在需要平面内任意方向移动的小型移动设备上，比如ROBOCON赛事的竞技机器人、车间内的轻型物料转运AGV、教学演示用的移动实验平台，这类场景对轮组的运动灵活性要求极高，传统的差速驱动轮组无法实现横向平移、

　　零半径转向的动作，而全向轮通过圆周分布的从动滚轮，可以在不改变轮体主转动方向的前提下，分解横向的运动矢量，实现底盘的全向移动。这款轮组的主基体采用双铝合金结构设计，相比传统的单盘尼龙基体，铝合金材质的形变量更小，在30公斤的额定承载下，轮体的径向跳动可以控制在很小的范围内，避免底盘运动过程中出现颠簸、定位精度偏移的问题。轴向安装外径设置为22mm，这个尺寸是匹配常规的6mm、8mm输出轴的联轴器做的适配，安装的时候不需要额外做轴径的转接加工，直接通过紧定螺钉或者键连接就可以把轮组固定在驱动电机的输出轴上，降低了底盘结构件的加工复杂度。圆周分布的衬套式滚轮，采用了分体式的衬套安装结构，相比直接把滚轮轴压入轮盘的设计，

　　衬套可以在滚轮磨损后单独更换，不需要更换整个轮体，降低了设备的后期维护成本；滚轮的接触轮廓做了圆弧修型，和地面接触的时候是线接触过渡，不会出现边缘卡滞、运动顿挫的问题，不管是在平整的环氧地坪、赛事场地的木质地板，还是轻度不平整的水泥地面，都能保持稳定的接触摩擦力，避免轮组打滑影响底盘的运动控制精度。从设计思路上看，这款轮组在结构减重上也做了细致的考量，主铝盘上开设了多个均匀分布的减重孔，在不影响轮体整体抗弯、抗扭强度的前提下，尽可能降低了轮体自身的转动惯量，对于驱动电机的扭矩要求更低，选用小功率的直流减速电机就可以驱动，有效控制整车的重量与成本。轮盘上的滚轮安装位做了等角度的分度设计，保证相邻滚轮之间的间隙均匀，

　　轮体滚动过程中不会出现因为滚轮排布间隙导致的运动冲击，底盘运行的噪音更低，运动平顺性更好。在做底盘安装边界校核的时候需要注意，这款轮组的直径为152mm，安装时轮体中心距离底盘底板的高度需要预留至少77mm的半径空间，同时要在轮体的两侧留出足够的间隙，避免轮体转动过程中和底盘的结构支架、线路发生干涉；轮体的总宽度39mm，设计安装支架的时候，支撑位的跨距要匹配这个宽度，保证轮体转动过程中不会出现轴向窜动。另外，衬套式滚轮的材质选用了高耐磨的工程材料，长期运行下的磨损量更小，不会因为滚轮磨损导致轮组的直径出现偏差，影响底盘的里程计定位精度，对于需要做精准定位的AGV场景来说，这一点尤为重要。很多初次做全向底盘设计的工程师容易忽略轮组的刚性问题，选用塑料基体的全向轮在负载稍大的时候就会出现轮盘变形，导致滚轮接触不实，运动过程中出现打滑、方向偏移的问题，而双铝结构的基体从根源上解决了这个问题，即使在频繁加减速、急停急转的竞技场景下，轮体也不会出现结构性的形变，保证运动控制的一致性。在做三维建模的时候，这款轮组的结构细节也做了完整的还原，包括滚轮的安装间隙、铝盘上的安装孔位、减重孔的位置都和实际实物一致，可以直接导入到整体的底盘装配体中做干涉检查、运动仿真，不需要再对模型做额外的结构修正，能有效缩短底盘开发的建模周期，避免因为模型尺寸偏差导致后期加工的结构件出现安装错位的问题。