双层堆叠式两轮自平衡移动机器人结构

　　这款两轮自平衡移动载体的结构设计，核心围绕倒立摆动态平衡原理展开，整体采用双层板堆叠的分层布局思路，将动力驱动、控制运算、传感感知、供电储能四个功能模块做物理空间隔离，避免大电流驱动线路对弱电控信号产生电磁干扰，同时也给后续功能拓展预留了充足的上层安装空间。从实际应用场景来看，这类结构可作为高校控制算法验证的实验载体，也可通过更换上层搭载模块适配短途轻载物料转运、狭窄空间巡检等场景，相比多轮移动平台，两轮自平衡结构的转弯半径为零，能在通道宽度受限的仓储隔间、实验室设备间隙中完成转向移动，对狭小作业空间的适配性更强。

　　结构的下层安装板直接作为动力承载基体，两个驱动轮对称布置在板体两侧，轮轴与板体侧面保持垂直，同轴度公差控制在0.1mm以内，避免轮系偏摆导致的运行阻力增大与平衡控制偏差；驱动电机直接固定在下层板的下表面，输出轴与轮芯通过刚性联轴器直连，省去了中间传动环节的间隙累积，能让控制端的扭矩调整指令直接传递到车轮，提升动态平衡响应速度。下层板上同时预留了电池仓的安装位，将重量占比最高的储能模块布置在整机高度方向的中下部，能有效降低整机重心，减少平衡控制过程中的调整幅度，降低控制算法的调参难度。

　　上层安装板通过四根铜质支撑柱与下层板连接，支撑柱两端采用内螺纹锁紧固定，柱体长度根据下层板上最高元器件的高度确定，保证上下层板之间的净空距离能容纳驱动模块、主控板、传感模块的接插高度，不会出现线路挤压、元件磕碰的问题；上层板表面预留了标准化的M3螺纹安装孔阵列，孔间距按照通用电子模块的安装尺寸设计，可直接固定控制主板、传感扩展板、外接功能模块，不需要额外打孔加工。整机的外形尺寸控制在长度200mm、宽度150mm、高度120mm的范围内，车轮直径选取65mm的橡胶防滑轮，胎面做了加深的防滑纹路设计，在木质桌面、环氧地坪、普通水泥地面都能获得足够的抓地力，避免平衡调整过程中出现车轮打滑导致的失稳。

　　从安装边界的设计细节来看，所有板件的边缘都做了R2的圆角处理，避免装配调试过程中尖锐边角划伤线路或操作人员；板件上的走线槽位沿着板体边缘布置，将动力线与信号线分两侧排布，进一步降低信号串扰的概率；轮系与板体之间预留了3mm的侧向间隙，即使车轮在负载下出现轻微形变，也不会与板体发生摩擦卡滞。结构设计过程中对所有承重部位的受力做了校核，支撑柱的安装位置靠近板体的受力集中点，下层板在电机固定位做了局部加厚处理，避免长期运行过程中板体出现形变导致轮系错位。

　　这类平衡载体的功能特性核心在于动态姿态调整，结构设计上为控制算法的实现提供了硬件基础：低重心布局减少了姿态扰动的影响，直连驱动结构保证了扭矩响应的即时性，分层布局避免了电磁干扰对姿态传感器数据精度的影响，预留的拓展孔位也让使用者可以根据需求加装机械臂、摄像头、载物平台等附件，拓展不同的作业功能。不同于集成式的成品平衡小车，这套拆分式的层叠结构方便使用者单独更换某一层的元器件，比如更换更大容量的电池、更高性能的主控板，不需要对整体结构做大规模改动，维护和改装的灵活性更强。在实际调试过程中，这种对称式的结构布局也方便做重心配平，只需要调整电池在下层仓内的前后位置，就能让整机静止状态下的重心落在两轮轴线的正上方，减少初始状态下的控制输出负载，延长续航时间。