Zxmoto 乒乓球机器人零件：工作原理

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  要点速览
• 2
  乒乓球机器人到底是什么
• 3
  发射轮、轮毂，以及决定球速的内孔
• 4
  供球、分球，以及滚轮间隙为何重要
• 5
  摆动、枢轴壳体，以及能感觉到的背隙
• 6
  机器人零件的材料选择与表面处理
• 7
  什么时候不该用 CNC 加工
• 8
  零件族、关键特征与工艺匹配

去掉壳体后，乒乓球机器人就是一套供球机构、一套发射机构，以及一到两个定位轴。球从料斗落入通道，被逐个分开，再穿过两个旋转轮之间。轮子夹住球并将其抛出。另一个电机带动头部左右摆动，让球落到不同位置。

上述每项功能都依赖一小组成型或机加工零件。发射轮装在必须同轴的轮毂上。供球滚轮在轴上转动，轴不能晃动，否则会同时过来两个球。摆臂在轴承壳体内枢转，内孔直径控制背隙。这些都不算特殊，但公差比看上去更紧。

这就是 Zxmoto 乒乓球机器人零件通常指定为机加工件而非冲压件或注塑件的原因。内孔偏差 0.1 mm 的冲压轮毂会让两台相同设备出现可见的速度差。控制在 ±0.005 mm 的机加工轮毂则不会。

本页其余部分逐一介绍决定机器人性能的五个零件族，然后说明使其工作的配合与材料。如果已了解机构、只需选型标准，可直接跳到表格。

发射轮是最显眼的零件，但真正起作用的是其背后的机加工轮毂。每个轮毂一端装轮，另一端接电机联轴器。如果轮座与联轴器内孔不同心，轮子就会跳动，球出手时带摆动，再怎么调速度也修不好。

轮座相对电机轴的实际同心度目标为总跳动 0.02 mm。相比 ±0.005 mm 的加工公差，这听起来很松，但关键在于加工公差让装配目标无需手工修配即可达到。如果轮毂跳动达到 0.05 mm，机器人每次击球的弧线都会不同。

轮速是问题的另一半。两个轮子同为 4,000 rpm，若速度差 1%，产生的旋转差足以改变落点。这种差异通常来自轮毂轴承座的摩擦，而非电机驱动器。内孔小 0.03 mm 会夹紧轴承并增加阻力。

对于强旋转球，两轮以不同速度运转。较慢的轮子夹住并拖带球，从而产生上旋或下旋。因此轴承座直径和表面处理比轮子原始功率更重要。压配合时轴承座 Ra 0.8–1.6 μm 是合理目标。

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  轮座跳动总跳动控制在 0.02 mm 以内，否则球路会不稳定。
• 2
  轴承座配合压配合控制在 ±0.005 mm，可同时避免夹紧阻力和松动。
• 3
  联轴器内孔与电机轴采用轻压配合或夹紧式开缝轮毂，绝不能用松动的滑配合。

供球部分看似简单：料斗、通道和一个每次只放一个球通过的旋转滚轮。实际上，多数现场故障从这里开始。球直径 40 mm，重约 2.7 g。它在滚轮压力下会轻微变形，这意味着对新球合适的间隙可能卡住磨损的球。

分球滚轮间隙通常根据球硬度设在 38 mm 到 42 mm 之间。太紧会压坏或卡停滚轮。太松则两个球一起通过，发射轮会将其当作双球击出。涉及的机加工件有滚轮轴、滚轮端盖和保持轴平行的侧板。

两块侧板内孔之间的平行度比其绝对尺寸更重要。如果轴沿长度方向不平行达 0.1 mm，间隙就会呈锥形，球会在通道一侧卡住。在一次装夹中镗两板，或在加工时将其销接在一起，可在装配前消除该误差。

料斗和通道零件通常不机加工。钣金加工负责料斗壁，透明聚碳酸酯或亚克力罩让用户看到卡球。把机加工预算留给轴、滚轮和侧板。

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  滚轮轴用 303 或 304 不锈钢车削；若机器人处于潮湿的球馆空气中，用 316L。
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  侧板成对镗孔，使两孔平行度保持在 0.02 mm 以内。
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  通道壁用钣金即可；滚轮路径保留机加工公差。

扫掠轴带动发射头在球台范围内移动。这是低速、大扭矩运动，不需要高速电机，但需要刚性枢轴且几乎无背隙。枢轴中任何间隙都会表现为球台边缘处动作滞后或过冲，因为此处发射头摆动质量最大。

枢轴壳体是机加工块体，带镗削轴承座、安装面和通常的硬限位。内孔圆度和端面垂直度是两个需要检测的特征。内孔圆但与安装面不垂直会使发射头倾斜，而倾斜会随发射头扫掠改变球的落点区域。

扫掠轴上的皮带或齿轮传动需要张紧器或惰轮，且能小步距调节。常用方案是开槽支架：机加工槽配滑动块，让技师无需垫片即可设定张力。槽宽与滑动块的配合应控制在 0.05 mm 以内，避免负载下晃动。

如果机器人用直线导轨做垂直或深度调节，导轨安装面的平面度很关键。面弯曲 0.1 mm 会使导轨预载不均，导致行程两端发涩。一次走刀端面铣通常足以保证平面度。

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  枢轴内孔圆度和相对安装面的垂直度保持在 0.02 mm 以内。
• 2
  张紧槽滑动块与槽的间隙保持在 0.05 mm 左右，防止晃动。
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  导轨面一次装夹端面铣；预载不均会导致行程两端发涩。

6061-T6 铝覆盖大多数支架、壳体和盖板。它加工快，关键特征可保持 ±0.005 mm，并让扫掠轴保持轻量。当支架需要在相同厚度下更高刚度时用 7075，例如在皮带张力下会变形的电机座。

303 或 304 不锈钢适合持续接触球的轴和滚轮。303 更易切削，用于进给滚轮没问题。316L 在潮湿训练馆或机器人存放于冷库时更稳妥，因为其抗点蚀性更好。17-4PH 只有在易磨损且需耐腐蚀的轴上才值得增加成本。

塑料用于接触球区域。POM 和 PA 适合做低摩擦进给滚轮和导板，因为它们能吸收球冲击且不划伤球面。涉及高温或化学清洗时可选用 PEEK，但其成本远高于通常的加工需求。

表面处理取决于使用环境。透明或彩色阳极氧化给铝壳体耐久表层并遮盖刀痕。硬质阳极氧化提高滚轮端盖等磨损面的表面硬度。阳极氧化前喷砂可形成均匀哑光外观，遮盖可见盖板上的细小加工痕迹。

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  支架和壳体6061-T6；仅在刚度成为限制因素时升级到 7075。
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  轴和滚轮303 或 304 不锈钢；潮湿或冷库环境用 316L。
• 3
  接触球零件POM 或 PA，低摩擦且吸收冲击。
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  磨损面铝磨损面用硬质阳极氧化或化学镀镍。

机器人上并非每个零件都值得用坯料机加工。大平板盖、料斗壁和简单 L 形支架通常用钣金更便宜。如果零件没有精密内孔、关键端面和磨损面，批量增大后激光切割加折弯的单位成本更低。

塑料件产量上千时注塑占优。进给导板或球道嵌件可先机加工做原型，再开模量产。机加工版本验证几何形状，注塑版本验证价格。两者都做是常规做法，只要壁厚保持均匀就无需重新设计。

铸件适合带复杂内部加强筋、从实心料加工会去除大部分材料的壳体。压铸或真空铸造壳体可成形，然后只加工轴承内孔和安装面。这样把紧公差留在关键处，外观形状交给模具。

务实原则：机加工与轴承、球或电机轴接触的特征，其余成形或开模。这种划分通常能去掉大部分成本而不影响性能。

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  机加工轴承内孔、电机座、滚轮轴、枢轴壳体。
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  钣金料斗壁、盖板、简单支架、安装板。
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  开模或铸造大批量塑料导板和带机加工内孔嵌件的加强筋壳体。