2026 Robocon 机械组 — R1 抬升 R2 模块设计
在 CQU Robocon 战队机械组的三个月创新实践:从装配学徒到模块设计者
背景
2025–2026 学年加入 CQU Robocon 战队机械组,参与 2026 年全国大学生机器人大赛(ROBOCON)备赛。Robocon 是一项集机械设计、电控、计算机视觉于一体的综合性机器人竞赛,机械组负责结构设计、三维建模、零件加工、装配与调试维护。
三阶段成长
- 第一阶段(3 月):基础装配与加工入门 — 参与 R1 机器人底盘与机械臂装配,接触零件外协加工流程(标注材料、表面处理、关键公差、交期)
- 第二阶段(4 月):方案设计与跨组协作 — 接手 R1 抬升 R2 模块(抬升约 20 kg 的 R2 至指定高度),系统对比丝杆 / 同步带 / 齿轮齿条三种传动方案,最终选定”同步带 + 直线导轨”
- 第三阶段(5 月):设计落地与整机装配 — 用 Fusion 360 / SolidWorks 完成三维建模与工程图,发加工,实物装配中解决结构干涉、电机出线孔冲突、滑块行程不匹配等问题,完成 R1 整机迭代
核心工程计算:同步轮扭矩选型
抬升 20 kg R2,四同步轮均分,半径 15 mm:
- 单轮负载: 5 kg × 9.8 = 49 N
- 单轮扭矩: 49 × 0.015 = 0.735 N·m
- 单轴扭矩: 2 × 0.735 = 1.5 N·m
- 取安全系数 S=2 → 需求 3.0 N·m
- 对照 DJI M3508(额定 3 N·m,469 rpm),完全满足,选定
知识体系积累
- 材料与结构件:铝管/碳管选用、碳板/玻纤板/亚克力板工艺、3D 打印件内嵌螺纹
- 传动系统:同步带选型全流程、涨紧套原理、丝杆/齿轮参数
- 轴承:深沟球/角接触/四点接触/圆柱滚子/推力球/直线/交叉滚子等 7 类
- 动力元件:DJI M3508/M2006/6020 电机选型、气缸系统
反思与教训
- 图纸细节遗漏 → 建立”导出前逐层检查 + 导出后 3D 预览”自检机制
- 跨组沟通偏差 → 关键接口变更必须线下当面确认
- 早期舵轮设计存在轴承无轴向固定、涨紧套滥用、电机固定不可靠三处缺陷,通过”批判性回顾旧设计”持续改进
产出
- R1 机器人底盘 + R1 抬升 R2 模块三维模型与工程图
- 整机装配流程文档
- 一套完整的工程闭环经验:需求分析 → 工程计算 → 方案设计 → 三维建模 → 工程出图 → 零件加工 → 实物装配 → 功能测试 → 迭代优化