单轮自平衡Arduino避障移动机器人结构

这款单轮自平衡移动机器人主要面向科创教学、小型室内巡检、入门级智能移动装置研发场景，可作为高校机械电子工程、自动化专业的课程实践载体，也可改装用于室内狭小空间的环境探测、桌面级物品轻载转运等场景，能够在平整硬质地面完成自主移动、障碍物规避、动态姿态保持等核心动作，为入门级移动机器人研发提供可落地的结构参考。该机器人核心功能为单轮动态自平衡移动与近距离障碍物规避，依靠内置的姿态感知元件实时采集机身倾斜角度数据，动态调整驱动轮的输出扭矩，抵消机身倾倒趋势，始终保持轮体直立运行状态；前端搭载的测距模块可实时探测前方0.02米到4米范围内的障碍物，当检测到行进路径存在阻挡时，可自主调整行进方向完成避障动作，无需人工遥控即可在预设区域内完成自由巡航。整体结构采用同轴双层环形框架设计，外层为环形防护轮缘，内层为核心安装支架，驱动电机、控制板、电池、测距模块全部集成在内层支架的中心区域，利用重心低位布置的设计思路降低平衡控制难度，将重量占比最高的电池模块布置在支架最下方位置，让整机重心始终落在轮体转轴的下方区域，借助重力的自稳效应减少平衡控制的算法运算量，提升运行过程中的姿态稳定性。整机轮体直径为149.12毫米，整体轴向宽度控制在80毫米以内，所有电子元件均隐藏在环形框架内部，无外凸的接线与结构件，安装边界完全限制在轮体的圆柱形轮廓范围内，可轻松穿过宽度100毫米以上的狭窄通道，适配桌面、管道入口、设备间隙等狭小空间的通行需求；轮缘表面采用磨砂质感的硬质塑料材质，与地面接触时具备足够的摩擦力，避免起步、转向过程中出现打滑问题，同时环形框架可在机身倾倒时直接接触地面，保护内部电子元件不受磕碰损伤。结构设计上采用无额外辅助轮的纯单轮布局，区别于传统双轮平衡车的结构形式，整体结构更加紧凑，零件数量更少，加工与组装难度更低，所有结构件均可通过普通FDM3D打印完成制作，无需复杂的机加工工序，适合个人爱好者与学生群体自行制作组装；控制核心采用通用的Arduino控制板，搭配常用的超声波测距模块与直流减速电机，硬件采购成本低廉，程序开源易修改，使用者可根据自身需求额外加装蓝牙模块、摄像头模块、机械夹爪等拓展部件，拓展更多应用功能。