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作品名称：融合瓦特连杆悬挂的共轴麦轮式医疗样本转运机器人设计
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：溜溜球
队伍编号：210496
参赛学生：刘瑞瑶邱俊烨
指导老师：牟宗高
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

本作品是一款专为智能化方舱内核酸拭子管转运设计的机器人，全称为 “融合瓦特连杆悬挂的共轴麦轮式医疗样本转运机器人”，旨在解决新冠疫情背景下传统人工转运拭子管存在的高风险、低效率、医护人员工作量大等问题，通过机器人技术与人机协同模式，实现拭子管定时定线、集中安全转运，为核酸检测流程的隔离防护与效率提升提供支撑。

该机器人的设计背景源于新冠疫情对公共卫生安全的冲击，新型冠状病毒肺炎具有传播速度快、持续时间长、病毒变异性高等特点，而传统人工转运拭子管不仅容易导致医护人员与高危样本近距离接触，增加交叉感染风险，还存在样本交接出错概率大、溯源困难、样本易受外界环境影响而失效等问题。同时，疫情期间医院医护人员紧缺，大量时间耗费在物资转运上，难以专注于核心诊疗工作，因此，研发一款能够自主、高效、安全转运拭子管的机器人成为迫切需求。

在整体结构设计上，机器人主体由共轴麦轮式底盘、瓦特连杆式悬挂和摇篮式云台三部分核心机构组成，且充分考虑轻量化设计，以适应智能化方舱内相对紧凑的工作环境。其中，共轴麦轮式底盘采用 “ABBA” 型四麦克纳姆轮排序方式，通过电机 — 联轴器 — 麦克纳姆轮的连接结构实现动力传递，这种设计不仅能减少能量损失与摩擦，提升动力传递效率，还能通过调节四个麦克纳姆轮的转向与转速，实现机器人前行、横移、斜行、旋转等全向移动，满足方舱内复杂的转运路线需求；瓦特连杆式悬挂由悬挂连接长板、悬挂连接短板、连杆和电机安装板构成，搭配减震支架与橡胶减震块，既能让同侧两个轮子在重力作用下与地面保持接触，自适应不同地形，解决四麦轮机器人在不平坦路面着地不均的问题，又能有效减缓设备震动，大幅降低转运过程中的噪音，延长设备使用寿命；摇篮式云台则由电机模块、滑轨抽屉和拭子管放置筐组成，借助舵机控制正面护栏的打开与闭合，确保拭子管转运平台在一定行程内始终处于水平位置，避免样本倾倒或污染。

为保障机器人的性能与稳定性，在关键技术应用上，机器人搭载灰度传感器实现自主巡线功能，无需人工干预即可按照规划路线完成拭子管转运，减少人为操作误差；同时，通过 ANSYS-Workbench 对瓦特连杆、倾倒轮支架、减震支架、联轴器等关键零部件进行静力学结构分析，结果显示这些零部件的最大应力与位移均在安全范围内，能够满足长期稳定运行需求。在性能参数方面，机器人空载质量不超过 10kg，满载质量为 11kg，工作转运速度范围在 2-5m/s，驱动位移精度小于 20nm，相对误差小于 0.5%，既具备轻量化优势，又能保证转运的高效性与精准性。

在零部件选型上，机器人根据不同部位的功能需求选择适配部件：动力系统选用 M3508 减速电机驱动麦克纳姆轮，该电机体积小巧（仅为同等级设备的 20%），却能提供强劲动力，最大扭矩达 5N・m，且具备高温感应、断线检测等智能保护功能；摇篮式云台采用 GM6020 高性能直流无刷电机驱动，其结构紧凑、扭矩密度大、控制精度高，能确保云台水平稳定；护栏开合装置则选用 G90 舵机，通过精准的角度控制实现护栏的灵活开关。辅助部件方面，轮组部分采用 61809 和 61811 型号的深沟球轴承，减少运动摩擦，提升轮组使用寿命；瓦特连杆悬挂部分使用 MF106zz 公制微型法兰轴承，保障连杆与电机安装板之间的顺畅转动；滑轨选用 MISUMI C-MLG7-160 直线导轨，方便拭子管的取放，提升操作便捷性。

从应用价值来看，该机器人的推广使用能有效降低医护人员暴露风险，避免因人工转运导致的交叉感染，减少医护人员的职业损伤；同时，机器人可 24 小时不间断作业，替代人工完成重复性的转运工作，大幅提升拭子管转运效率，让医护人员有更多时间专注于患者诊疗、护理等核心工作。在样本保障层面，机器人稳定的悬挂结构与水平云台能减少转运过程中拭子管的震动与倾斜，避免样本因环境变化而丧失活性，保障核酸检测结果的准确性，为疫情防控期间的核酸检测工作提供可靠的转运支持，也为智能化方舱的建设与高效运行奠定基础。