双层架构双轮自平衡移动机器人结构设计

这款双轮自平衡移动平台的结构设计，核心围绕小空间内的多组件堆叠集成与动态平衡控制需求展开，在教育实训、小型巡检、创客开发场景中有着较高的适配性。从实际落地的使用场景来看，这类结构既可以作为高校自动化、机械电子专业的平衡控制算法验证载体，也能通过上层预留的安装位拓展传感器、小型机械爪等功能模块，完成室内定点巡检、轻量物料转运等实际任务，相比多轮移动平台，双轮平衡结构的转弯半径为零，在狭窄过道、桌面级作业场景下的机动性优势十分明显。

结构布局上采用三层承载的分层设计思路，最底层为动力安装基座，采用橙色钣金折弯成型的承载板作为主支撑，两侧直接固定直流减速电机的安装位，电机输出轴直接连接大直径橡胶越野轮胎，轮毂采用黄色工程塑料注塑成型，轮胎表面的深沟壑纹路设计，既可以提升与接触面的摩擦力，避免平衡调整过程中出现打滑失稳，也能适配实验室地毯、轻微不平整地面等非理想铺装场景。底层承载板上预留了多组规则排布的安装孔位，既可以固定电机驱动板、散热风扇等功率器件，也能根据拓展需求加装配重块调整整体重心位置，保证重心始终落在两轮轴线的正上方区间，降低平衡控制的算法调节难度。

中间层为电控核心安装层，采用白色绝缘板材作为承载面，四角通过木质等高立柱与底层基座连接固定，层间预留足够的走线空间，避免电控接线与底层运动部件产生干涉。这一层主要布置主控电路板、惯性测量模块、接线端子排等核心控制元件，电路板通过铜柱与绝缘板隔离，避免短路风险，板载的接插件全部朝向层间空隙方向排布，方便调试时的接线插拔操作，也能减少上层电池组件漏液对电控板造成的损坏风险。最上层为能源供给层，通过四根立柱与中间电控层连接，专门设计了黑色3D打印成型的电池仓，仓体尺寸刚好适配两节并排布置的18650圆柱形锂电池，仓体边缘设置有凸起的挡边，即使平台出现大角度倾斜，电池也不会从仓内滑落，电池仓的出线位置预留了缺口，方便电源线直接向下连接到中间层的电源管理模块，缩短供电线路长度，减少线损带来的电压波动。

从安装边界与尺寸设计来看，整体轮距控制在150mm左右，整机高度不超过200mm，宽度与轮距保持一致，属于典型的小型桌面级移动平台尺寸，所有层板的连接立柱都采用统一的孔位间距设计，不同层之间的安装孔位完全互换，既可以根据需求增减层数调整整机高度，也能快速更换不同功能的层板完成功能迭代。两侧的电机安装位采用沉头孔设计，电机装配后端面与承载板表面齐平，不会突出到层间空间内占用布线位置，轮胎与底层承载板之间预留了10mm以上的间隙，即使轮胎表面沾附细小杂物，转动过程中也不会与承载板产生摩擦卡顿。

细节设计上，底层承载板的侧面做了多组长条形散热开孔，刚好对应驱动板与散热风扇的安装位置，设备运行时产生的热量可以通过开孔直接排出，避免密闭空间内温度累积影响电控元件稳定性。所有结构件的棱角位置都做了圆角处理，避免调试过程中划伤操作人员，外露的接线全部通过走线槽固定在立柱侧面，不会随着平台的平衡摆动晃荡到轮胎转动范围内。整个结构的重心设计经过反复调整，电池作为整机重量占比最高的部件布置在最上层，反而可以提升平衡控制的响应灵敏度，配合底层的电机、驱动板重量配比，让整机的重心高度处于最优控制区间，既不会因为重心过低导致调整响应滞后，也不会因为重心过高出现控制振荡失稳的问题。在实际装配调试过程中，这种分层模块化的设计可以单独对每一层的组件进行拆装测试，不需要完全拆解整机就能完成元件更换，大幅降低了后期维护与功能改装的时间成本。