双轮腿式自平衡教育实验机器人结构

　　这款双轮腿式平衡移动平台，最初面向高校工程实践教学场景开发，可覆盖机器人运动控制、机械结构设计、嵌入式系统调试等多门课程的实验需求，同时也可作为小型巡检、室内服务类移动机器人的原型验证载体，适配实验室、展厅、办公区等平整硬质室内地面的移动作业场景。从结构设计逻辑来看，整机采用轮腿融合的构型思路，没有采用传统双轮平衡车固定轮轴的布局，而是在行走轮与上部承载平台之间设置了多关节腿式结构，单腿包含两处转动副，可实现腿部的弯折动作，让平台不仅能依靠两轮差速实现前进、后退、转向的平面移动，还能通过腿部关节的角度调整，完成弯腰、下蹲等变姿态动作，拓展了平台的动作适配性，比如下蹲状态可降低整体重心提升静止稳定性，弯腰动作可适配低矮空间的通行需求，

　　或是配合上部搭载的机械臂、检测模块调整作业高度。平台上部的承载板为多边形平板结构，板面预留了多组规则排布的安装孔位，可根据实验或应用需求搭载不同的功能模块，比如视觉传感器、小型机械爪、环境检测模组、交互显示屏等，安装孔位的间距参考通用工业铝型材的安装孔距设计，可直接搭配标准紧固件完成模块固定，无需额外加工转接件，降低二次开发的结构改造成本。腿部结构采用钣金与机加工件组合的加工方案，主要承力杆件使用高强度铝合金材质，在保证结构刚度的同时控制整机自重，关节处配置深沟球轴承作为转动支撑，减小关节转动的摩擦阻力，同时保证转动副的同轴度，避免运动过程中出现卡滞或旷量。行走轮采用实心橡胶轮面搭配金属轮毂的设计，

　　轮面宽度与直径的配比兼顾了接地比压与越障能力，在室内地砖、环氧地坪、短绒地毯等常见地面都能提供足够的附着摩擦力，避免平衡控制过程中出现打滑失稳的问题。整机内部预留了充足的电控安装空间，惯性质量滑动系统布置在承载平台下方的腔体内部，该系统通过直线导轨搭配滑动质量块的结构，可根据整机的姿态变化快速调整质量块的位置，主动改变整机的质心分布，相比仅依靠轮部动力调整平衡的传统方案，能大幅提升动态响应速度，在腿部做动作、上部载荷变化或是受到外力扰动时，可更快恢复平衡状态，降低倾覆风险。从安装边界来看，整机直立状态下的高度可通过腿部关节调整，最低下蹲高度可压缩至直立状态的百分之六十左右，轮距设计参考室内通行的常规门洞宽度，

　　可顺利通过标准室内门与常规过道，上部承载板的平面度控制在每百毫米0.05毫米以内，保证搭载的精密传感器不会因为安装面变形影响检测精度。关节处的驱动舵机或伺服电机采用内嵌式安装，外部设置有防护壳体，避免运动过程中线缆缠绕或是外部杂物进入关节传动区域，所有线缆都通过腿部内侧的走线槽布置，外部无裸露线缆，既提升了整机外观的整洁度，也避免运动过程中线缆被拉扯损坏。在实际教学应用中，该结构可作为机械原理课程的连杆机构实例，也可作为控制课程的平衡算法验证载体，学生可在现有结构基础上修改腿部杆件长度、轮径参数、关节驱动配置，测试不同参数下的平衡性能与运动能力，也可基于预留的安装接口拓展不同的功能模块，完成各类创新实验项目。在原型验证场景下，该结构可通过调整上部搭载的模块，快速改造成室内巡检机器人、物品配送机器人、交互导览机器人的移动底盘，轮腿结合的构型让它相比普通轮式底盘有更强的地形适应能力，可顺利通过室内地面的小高度落差、线缆槽、门槛等障碍，相比多足机器人又有更高的移动效率与更低的控制复杂度，兼顾了移动速度与地形适应性。