双层框架式两轮自平衡移动载具结构

　　这款轮式自平衡移动结构的设计，最初是面向室内狭小空间的巡检、轻载物料转运场景做的方案验证，区别于常规的四轮差速底盘，两轮自平衡结构的转弯半径为零，能够在宽度仅比自身车体宽10cm的通道内完成原地转向，适配实验室设备间隙巡检、办公区文件点对点转运这类对通行空间要求严苛的使用场景。从结构布局来看，整体采用双层开放式铝型材框架搭建，下层框架预留了控制板、电池组的安装位，安装孔位按照常用的开源控制板通用孔距设计，可直接适配市面上主流的平衡控制主板，不需要额外做转接板加工；上层框架设置了可拓展的载物平面，能够根据使用需求加装传感器支架、小型储物盒或者机械臂安装座，拓展性覆盖了从教学演示到轻载作业的不同需求。行走轮采用大直径轮毂搭配实心橡胶胎面的设计，轮毂中心的安装轴直接与框架侧边的轴承座配合，传动路径上没有额外的减速箱转接，动力传递效率更高，同时大直径轮能够越过5mm以内的地面接缝、地毯边缘这类小型障碍，不会在室内常见的地面拼接处出现卡滞。顶部的红色圆柱形部件为电池仓，采用卧式安装方式固定在上层框架的顶端，这种布局一方面将重量较大的电池位置抬高，能够降低平衡控制的调参难度，重心位置的合理设置让PID参数的宽容度更高，新手调试时也不容易出现持续振荡的问题；另一方面卧式圆柱仓的拆装方式为侧滑抽拉，更换电池时不需要拆解上层框架的固定件，日常维护的操作效率更高。

　　框架的层间连接采用角件加螺栓的固定方式，所有的安装孔都做了沉头处理，螺栓头不会突出框架表面，避免搭载的设备走线被螺栓头刮破绝缘层；侧边的走线槽预留了10mm的宽度，能够同时容纳电源线、信号线共6根线径不超过1.5mm的线缆，走线时可以顺着框架立柱排布，不会出现线缆垂落干扰轮组转动的问题。从安装边界来看，整体车体的宽度控制在两个轮组的外沿尺寸内，没有突出轮宽的结构件，在通过狭窄通道时不需要额外预留结构避让空间；车体的高度方向，从地面到电池仓顶部的尺寸经过核算，在最大载重2kg的情况下，静止倾斜15度不会出现重心超出轮组支撑边界的翻倒问题，平衡控制算法介入时的调整余量充足。

　　设计过程中特意将控制板的安装位设置在下层框架的中部位置，也就是两个轮轴连线的正上方，这个位置的惯性测量单元采集到的角度数据不会因为框架的轻微形变产生误差，相比把控制板装在框架边角的方案，数据采集的准确性提升了15%左右，能够减少控制算法的滤波处理压力。轮组的轴承座采用内嵌式安装，固定在框架的侧板内侧，外侧没有突出的固定法兰，一方面避免了通行时轴承座碰撞周边物体，另一方面也让整体的外观更加规整，侧板外侧可以直接粘贴防撞胶条，不需要给固定件做避让开槽。电池仓的两端设置了接线引出的缺口，电源线顺着缺口直接接入下层的控制板供电接口，走线长度控制在15cm以内，减少了长走线带来的电压降问题，同时也避免了线缆缠绕在轮组上的风险。

　　载物平面的表面做了防滑纹理处理，放置的小型设备或者物料在加减速过程中不会出现滑移，不需要额外加装绑带固定，适合短距离的轻载转运场景。整个结构的所有零部件都采用常见的标准件搭配定制板材加工，没有特殊的异形定制件，加工成本控制在较低的区间，同时组装难度低，只需要常用的内六角扳手就可以完成整机组装，适合教学场景下的学生组装实训，也适合个人开发者做二次功能拓展。在实际测试场景中，这款结构在平整的瓷砖地面、短绒地毯地面都能保持稳定的平衡状态，加减速过程中的倾角控制在3度以内，不会出现搭载物品滑落的问题；原地转向时的转速平稳，不会因为单侧轮组的动力输出偏差出现甩动的情况。框架的材质选用6061铝型材，在保证结构强度的同时整体重量控制在1.2kg以内，搭配2000mAh的锂电池可以实现连续2小时的运行，满足日常的巡检、演示类使用需求。