占地1.0 × 0.7 m
预算≈ ¥2,400
兼容轮径φ200–350
轮距范围400–700 mm
500km 目标≈ 10 个夜班
1 · 设计输入
| 参数 | 值 | 备注 |
|---|
| 驱动轮直径 | φ280mm，兼容 φ200–350mm | 8"–14" 覆盖 |
| 轮距 | 500mm（台架可调 400–700mm） | 滚轮组横向滑移 |
| 测试载荷 | 64kg（2×32kg 壶铃）+ 整车约 45kg | 合计约 110kg |
| 最大车速 | 6 km/h（1.67 m/s） | |
| 运行环境 | 研发办公室 · 过夜无人值守 | 静音 + 安全联锁是硬约束 |
| 考核对象 | 电机 / 减速箱 / 控制器 | 结构疲劳不在本机范围 |
2 · 总体布局
轮椅通电自驱，控制器跑「台架模式」工况；台架完全从动。左右各一组独立双滚轮夹持驱动轮（天然支持差速），前脚轮放低摩擦托板，四角立柱＋棘轮拉带约束。
俯视布局：左右滚轮组完全独立 → 差速工况无机械耦合；托板区与滚轮区均骑在横梁 T 槽上可前后/左右调
轮子陷在双滚筒之间自定心；轮径变化只需沿 T 槽滑移前滚筒轴承座改中心距
轮径 ↔ 中心距档位
| 滚筒中心距 | φ200 支撑角 | φ280 支撑角 | φ350 支撑角 | 适用 |
|---|
| 140mm | 30° | 23° | 19° | 小轮径（8"） |
| 180mm | 40° | 30° | 25° | 本项目 φ280 ✓ |
| 215mm | — | 38° | 30° | 大轮径（14"） |
支撑角 25–40° 都能用：角度太小轮子容易爬出，太大则法向力和滚阻增大。滑槽无级调，装车时目测轮心落在两滚筒正中即可。
3 · 核心计算
| 项 | 结果 | 结论 |
|---|
| 轮转速 @6km/h | 114 rpm | 滚筒 398rpm，UCP204 额定几千转，余量大 |
| 滚筒转速（φ80） | 398 rpm |
| 驱动轮侧承重（按 65%） | 695N（每轮 348N） | φ80 传动滚筒单根额定 ≥50kgf ✓ |
| 每滚筒法向力（30° 支撑角） | ≈200N（20kgf） |
| 每轮行驶阻力 | 滚阻 ≈9N + 涡流 0–30N 可调 | 对应平路~缓坡工况 |
| 每轮功率 @6km/h | ≈40W | 250W 级电机轻载，耐久靠时长积累 |
| 牵引余量 | 可用 ≈240N ≫ 需求 24N | 不打滑 ✓ |
耐久目标换算（均速 5km/h、10h/夜）：300km ≈ 6 夜 · 500km ≈ 10 夜 · 1000km ≈ 20 夜
4 · 涡流制动（阻力加载）
流水线电滚筒的驱动器只有调速、没有转矩/制动模式，做不了受控阻尼——初版彻底砍掉电滚筒。改用涡流制动：
- 6061 铝盘 φ160×3mm 装在每侧后滚筒的加长轴伸上，随轴旋转
- 钕磁铁（40×20×10 N42 ×4/侧）装 U 型夹架跨骑铝盘两面，滑槽改变磁铁覆盖面积 = 阻力档位
- 特性：阻力随转速近似线性增长、零速零阻力——正好贴合行驶阻力特征；无接触、无磨损、无噪音、过夜零维护
后滚筒下单时注明单端轴伸加长 50mm、带键槽；且必须买「传动滚筒」（轴随筒转），不能买"无动力滚筒"（内轴承、轴不转，铝盘装上去不会转）。
5 · 台架模式工况（固件规格）
单循环 ≈10.5min，均速 ≈4.4km/h，一夜 10h ≈44km。速度/时长/循环数全部表驱动参数化。
| 段 | 时长 | 左轮 km/h | 右轮 km/h | 考核点 |
|---|
| 1 加速 | 15s | 0→6 | 0→6 | 起步电流冲击 |
| 2 巡航 | 300s | 6 | 6 | 热稳态 |
| 3 减速 | 10s | 6→0 | 6→0 | 制动/回馈 |
| 4 停车 | 5s | 0 | 0 | |
| 5 倒车 | 30s | −3 | −3 | 反向背隙冲击 |
| 6 停车 | 5s | 0 | 0 | |
| 7 加速 | 10s | 0→4 | 0→4 | |
| 8 左转差速 | 60s | 2 | 4 | 差速/单侧高载 |
| 9 右转差速 | 60s | 4 | 2 | 对称 |
| 10 巡航 | 120s | 4 | 4 | |
| 11 减速+静置 | 20s | →0 | →0 | 温度采样窗口 |
数据链路：控制器原生输出电流、转速、里程、电机/MOS 温度 → 联网控制器上报，手机远程看进度；滚筒接近开关做独立计数冗余。
6 · 安全联锁（过夜无人值守的命门）
- 电机 NTC >85°C 或 MOS >90°C → 自动停机并上报
- 持续过流（阈值 × 时间窗）→ 停机
- 前/后限位开关触发（轮椅跑偏爬出滚轮）→ 立即断驱动
- 控制器里程 vs 接近开关计数偏差 >5% → 报警（打滑/异常）
- 联网心跳丢失（watchdog）→ 本地停机
- 过夜供电用外接直流电源，不带锂电池——排除电池变量 + 消防安全，电池耐久另测
- 硬件急停蘑菇头串驱动供电主回路
首夜试跑必须有人盯前 2 小时：确认拉带预紧、差速段横摆幅度、噪音水平（目标匀速 <60dB，不达标加 PVC+吸音棉隔音罩）。壶铃重心高，必须十字交叉绑在座椅骨架上。
7 · BOM（≈¥2,400）
| # | 物料 | 规格 / 数量 | 淘宝搜索词 | 估价 |
|---|
| 1 | 4040 铝型材+角码 | ~12m 按切割清单 | 4040铝型材 欧标 切割 | ¥700 |
| 2 | 包胶传动滚筒 | φ80×200 键槽轴 φ20 ×4，其中 2 根单端轴伸 +50mm | 传动滚筒 包胶 键槽轴 80 | ¥600 |
| 3 | 带座轴承 | UCP204 ×8 | UCP204 带座轴承 | ¥160 |
| 4 | 涡流铝盘 | 6061 φ160×3 ×2（中心孔 φ20+键槽或紧定套） | 6061铝板 圆片 160 定制 | ¥60 |
| 5 | 钕磁铁 | 40×20×10 N42 ×8 | 钕磁铁 强磁 40 20 10 | ¥80 |
| 6 | 磁铁 U 架 | 角铝+长孔 DIY ×2 | 角铝 40 | ¥50 |
| 7 | 前轮托板 | UHMW-PE 300×300×10 ×2 | 超高分子聚乙烯板 | ¥120 |
| 8 | 棘轮拉紧带 | 25mm×2m ×4 | 棘轮拉紧器 捆绑带 | ¥80 |
| 9 | 限位+急停 | 滚轮行程开关 ×4 + 蘑菇头急停 ×1 | 行程开关 滚轮式 / 急停按钮盒 | ¥100 |
| 10 | 接近开关 | M12 NPN ×2（进控制器 IO 或独立计数器） | 接近开关 M12 NPN | ¥80 |
| 11 | 减振垫脚 | 橡胶 M8 ×6 | 橡胶减震垫脚 M8 | ¥60 |
| 12 | 紧固件杂项 | T 螺母 / 内六角 / 垫片 | — | ¥200 |
| 13 | （可选）直流电源 | 24V 30A（按整车电压定） | 开关电源 24V 30A | ¥350 |
4040 切割清单（共 ≈11.8m）
| 用途 | 长度 | 数量 |
|---|
| 底座纵梁 | 1000mm | 2 |
| 底座横梁（端部×2 + 滚轮区×2 + 托板区×2） | 620mm | 6 |
| 滚轮组纵向导轨 | 400mm | 4 |
| 四角立柱 | 800mm | 4 |
| 顶部防倾覆横杆（前后） | 620mm | 2 |
8 · 装配顺序
- 底座框架拼装（纵梁+6 横梁），装减振垫脚，调平
- 滚轮组：UCP204 预装到 400mm 导轨 → 穿滚筒轴 → 按 φ280 调中心距 180mm 锁紧 → 整组骑上横梁，按轮距 500mm 定位
- 装涡流铝盘+磁铁 U 架（先最远档=最小阻力）
- 前轮托板铺装，四角立柱+顶部横杆
- 轮椅上台：驱动轮落滚筒正中 → 壶铃绑座椅 → 四点拉带预紧 → 限位开关贴车身前后 10mm
- 电气：急停串主回路，限位/接近开关进控制器 IO，外接电源
- 空载点动 → 低速试跑 → 阻力标定（读电流反推）→ 首夜带人试跑
9 · 明确不做（YAGNI）
- 凸块冲击/结构疲劳（GB/T 12996 双辊 20 万转、凸块 36×12×700、滚筒 φ250、1.0m/s）→ 与办公室过夜静音天然冲突，送第三方实验室做
- 电动滚筒 → 驱动器无转矩模式做不了阻尼；反拖需求以后再说，后滚筒轴位已预留
- 前轮滚筒、龙门吊架、侧向力模拟 → 台架差速只是转速差，不模拟真实转向侧向载荷，报告注明即可