3、科技前沿：机器人与汽车振动能量转换装置的创新设计

科技前沿：机器人与汽车振动能量转换装置的创新设计

1. 全向球形墙面移动机器人的机械设计

1.1 背景与问题提出

在过去几十年里，墙面攀爬机器人得到了广泛的研究和发展，可用于监控、检查、缺陷检测、清洁和维护等多个领域。然而，要实现全向表面移动且能在不同倾斜角度的表面间自如过渡，并与垂直表面完美贴合，一直是墙面攀爬机器人面临的难题。传统的机械设计，如基于尖刺抓手、磁力、弹性体粘合剂、电磁/静电力、抓握、轮式驱动和真空吸附等机制，都存在应用局限性。例如，基于电磁力的机器人只能在铁磁表面攀爬；采用真空吸附机制的机器人在灰尘多和粗糙的墙壁上难以产生足够的附着力；抓握式的仿生机器人则需要复杂的机械设计和精确的步态控制。

1.2 创新设计方案

为解决上述问题，提出了一种基于推进式万向节机制的设计方案，具体如下：
- 双螺旋桨机制 ：该机器人的基本驱动力来自螺旋桨推进器，由同轴的 1045（10 × 4.5 英寸）ABS 螺旋桨（一对顺时针和逆时针旋转的黑色螺旋桨）和两个 A2212 2200KV 无刷直流电机组成。两个螺旋桨反向旋转，不仅能增加推力，还能抵消系统的角动量。电机相邻放置，通过齿轮比为 1:1 的齿轮机构实现同轴螺旋桨轴，减少了螺旋桨之间的距离和万向节的尺寸。
- 2 - 自由度万向节机制 ：用于控制螺旋桨产生的推力方向。通过两组 V0150 伺服电机，分别以垂直轴旋转的方式控制螺旋桨机构的旋转角度，一组使螺旋桨机构旋转角度 θin，另一组使包含电机和螺旋桨的环旋转角度 θout。
- 外壳与重力稳定底板 ：万