移动机器人概念设计的研发
3750
五月，我们完成了机器人完整设计的第一个版本。我想一步步展示我们从何处起步，以及最终得到了什么。
初始需求
- 需要在考虑结构技术规格的前提下创建一个 3D 设计概念。
- 该模型应在某一环境中展示——室内场景，由人通过 VR 头显 Oculus Quest 3 进行操控。
- 必须提供源文件。
初始概念。设计由我们的工程师提供
外部参数
- 哑光黑色。也可以考虑其他配色方案：白色、黄色。
- 车架尺寸：350 mm 至 400 mm ×（1300–1400 mm，含车轮高度）。
- 工作形态——类似 Segway。
- 上部 П 形车架从正面和背面看应当完全一致。
- 上部车架上应安装一个深度相机和一个 LiDAR。
- 侧面车架上应安装 LED 灯带。
- 下部平台上也应安装 LED 灯带。
- 机械臂上应安装类似 Intel RealSense D405 的深度相机。
草图展示了传感器的位置
平衡机构
尾部将始终处于下放位置，呈类似 П 字母的直线形状，两端各有一个滚轮。这些滚轮为非驱动式。
平衡机构。下放位置。侧视图
平衡机构
车轮
万向轮，如图所示： 3 英寸小型工业脚轮
机器人后轮
机械臂
- 机械臂可伸展至立柱的全部高度。
- 高度——1300 mm
- 长度——650 mm
- 第二关节上的凸出部分需要进行调整；工程师将确定如何移除该结构或将其向内移动。
机器人机械臂
夹爪的设计
平行夹爪设计
机械臂立柱的位置
- 立柱应转动 45 度角，以确保最大的伸展范围。
主车架立柱角度
采用这种立柱倾斜角度的想法，是为了给机械臂提供尽可能大的工作空间。
顶部传感器
顶部传感器
- 深度相机应能前后旋转。
- 起初我打算使用 3D LiDAR，所以在顶部放置了一个。
下部车轮电机
- 尺寸：8.5 英寸
- 用于电动滑板车的 8.5 英寸车轮
前部电动轮毂电机
机器人主车架的第一个版本
机器人主车架的第一个版本。正视图
机器人主车架的第一个版本。侧视图
机器人主车架的第一个版本。后视图
在这个版本中：
- 我们决定采用配重较大的后部，而不是自适应尾部。起初我考虑使用水箱，因为当机械臂以最大负载伸展时，需要约 20 kg 的配重来抵消向前的倾覆力矩。
- 设计师使用了橙色，使机器人在很远的距离也能被看到。
机器人主车架的第一个版本
机器人主车架的第二个版本。正视图
机器人主车架的第二个版本。正视图
更新
- 改用了黑色，因为高强度工程塑料大多是黑色的。
- 决定将后部做成平面，以便未来的用户可以在上面放置物品。
- 我们没有采用水箱，而是找到了大容量电池，可以用它来抵消向前的倾覆力矩。
- 设计师在移动底座上增加了前照灯，并在车架顶部增加了 LiDAR 和深度相机。
概念设计的最新版本。但还不是最终版……
机器人 V0 设计概念。正视图
机器人 V0 设计概念。后视图
- 设计师增加了 2 个机械臂。
- 后灯。
- 设置了停止按钮，以防止任何可能出现的失控行为。就像下面这段热门视频中那样：
https://youtu.be/1eYZr9vdGl8?si=-7L6Zf6fB64xzQUC - 第二个 LiDAR
备注
最终设计将与当前版本有所不同。
- 目前我们正在采用双舵机方案来补偿电机的回程间隙，因此最终的机械臂将采用不同的设计。
- 我们很可能不会使用 3D LiDAR，而是采用多种传感器的组合，例如 2D、1D LiDAR 和超声波测距传感器。
外观和工程的平衡太难了 好看的往往不好做
想问问你们建模用什么软件 工业设计是Rhino还是直接SolidWorks走到底
外观造型阶段我们主要用Rhino做曲面，确定形态后转到SolidWorks做工程结构。两者配合既保证造型自由度又方便后续工程化,纯靠一个软件容易顾此失彼。
请问你们做概念原型一般迭代几轮 每轮主要解决什么问题
通常三到五轮。前期迭代解决形态和人机交互，中期验证结构和布局可行性,后期打磨细节和工艺。每轮聚焦一两个核心问题，避免一次改太多导致难以归因。
请问概念阶段的手板一般是3D打印还是CNC 成本差很多吧
早期概念验证用3D打印就够了，快又便宜。等到要评估外观质感、装配精度或给客户演示时再上CNC手板。两者成本差好几倍,按阶段需求选,不必一开始就CNC。
原型迭代那几张对比图很直观 一眼看出设计演进
这个开发流程对我们小团队挺有参考价值 之前都是闷头做 没有这么系统的阶段划分 导致经常返工 看完准备照着梳理一下我们自己的流程
工业设计这块讲得很细 从草图到手板的流程涨知识了