双轮自平衡避障智能移动机器人

　　这款双轮自平衡避障机器人面向教学实验、嵌入式控制验证与小型自主移动平台开发场景，可作为高校自动化、机器人工程专业开展姿态解算、PID闭环调试、多传感器融合实验的硬件载体，也能为室内巡检、短途轻载递送类移动设备的原型开发提供结构参考。整机采用上下分层堆叠的紧凑布局，底层为动力承载层，上层布置控制与交互模块，两轮同轴布置在机身下部两侧，依靠动态姿态调整维持直立，无需额外支撑脚即可静止驻留与行进。

　　结构设计阶段优先保证质心落在两轮轴线所在竖直平面附近，这是自平衡系统能够稳定工作的前提：电池、电机等较重部件尽量贴近轮轴高度布置，控制板、显示屏等较轻元件上置，使整机重心与转轴的相对位置可控，降低控制算法的补偿压力。车架主体采用板材切割成型，立柱支撑上层平台，各模块通过螺柱与紧固件连接，既便于拆装更换元件，也适合后期通过3D打印或激光切割快速复刻。

　　动力部分选用直流金属齿轮电机，配合L298电机驱动板实现转速与转向控制，轮体采用带防滑纹理的橡胶轮胎，轮毂与电机轴可靠连接，保证姿态调整时的扭矩响应。感知层面搭载MPU6050六轴IMU，实时采集加速度与角速度数据，为姿态角解算与平衡闭环提供反馈；避障功能由三路声纳传感器承担，分别覆盖前方不同方位，探测到障碍物距离低于阈值时，控制器调整行进路径完成绕行动作。控制核心为Arduino微控制器板，上层还集成了液晶显示模块，可用于显示姿态参数、运行状态或调试信息，供电由锂电池组提供，并配置降压转换模块为不同电压等级的元件分配电源。

　　从安装边界来看，整机宽度由两轮外侧间距决定，长度方向以前后传感器与车架突出量为限，高度方向受上层显示屏与立柱堆叠尺寸约束，属于桌面级小型机器人范畴，对实验场地空间要求低。建模时完整还原了车架开孔、铜柱支撑、电路板接口、传感器安装位与走线空间，结构件之间的装配关系清晰，可直接用于干涉检查、质心校核与工程图输出；控制参数围绕Kp、Ki、Kd三个PID增益展开整定，机械结构的对称性与转动惯量分布直接影响整定难度，设计中通过左右元件对称布置、减少单侧偏载来提升平衡稳定性。该平台把机械结构、硬件电路与控制算法整合在同一套模型中，适合从业者从系统层面理解移动机器人的设计逻辑。