双轮式自平衡移动竞赛机器人结构设计

　　这款双轮自平衡移动载体，核心定位是面向青少年科创竞赛场景的小型移动作业平台，区别于常规轮式移动设备，其采用两轮同轴布置的结构形式，依靠内置姿态感知单元实时调整动力输出，维持机身直立状态，可在狭窄竞赛场地内完成巡线、避障、物料搬运等典型竞赛任务。从结构布局来看，整机采用分层堆叠的安装思路，底层为动力轮组安装层，直接固定驱动电机与轮轴组件，两个橡胶纹理轮胎对称布置在机身两侧，轮距控制在紧凑范围内，保证小半径转向时的灵活性，轮胎表面的深沟槽纹理可适配竞赛场地常见的PVC、木质、哑光地毯等接触面，避免急加速、急转向时出现打滑失稳。

　　中间层为电控元件安装区，预留了主控板、电池模块、姿态传感器的安装孔位，所有安装位均采用标准化孔距设计，可兼容市面主流的开源控制硬件，方便参赛选手根据任务需求快速更换电控组件，层与层之间采用金属立柱连接，既保证整体结构刚性，又留出足够的走线空间，避免线束挤压干涉。顶层为功能拓展层，平整的安装面板可根据竞赛任务加装机械爪、巡线传感器、物料载台等拓展附件，面板边缘做了圆角处理，避免竞赛过程中剐蹭场地道具或相邻参赛设备。机身两侧延伸出的弧形防护杆，采用弹性金属材质，一方面可在设备意外倾倒时起到缓冲支撑作用，保护内部电控元件与轮组不受直接撞击，另一方面可作为拓展附件的辅助安装位，固定外置传感器或标识物。

　　从安装边界来看，整机直立状态下的重心严格控制在轮轴轴心的正上方区域，所有元件的安装位置都经过重心配平计算，避免单侧配重过大导致平衡控制负载升高，电池模块作为整机重量占比最高的部件，特意布置在靠近轮轴的中层低位，进一步降低整机重心，提升平衡状态下的抗干扰能力。轮组与电机的连接采用直驱式结构，省去了额外的传动齿轮组，减少传动间隙带来的控制延迟，同时降低传动结构的故障概率，适配竞赛场景下连续高强度运行的需求。在实际应用中，这类自平衡移动载体除了竞赛场景外，也可作为小型室内巡检、轻量物料短途转运的原型验证平台，其紧凑的结构尺寸可轻松通过常规室内门廊、设备间隙，直立行走的形态相比四轮平台更节省转向空间，适合在狭窄作业区域内完成移动作业。

　　结构设计过程中，所有受力连接位都做了加厚处理，比如电机安装座、层间立柱固定位，均采用加厚板材加工，避免频繁启停、转向时的振动导致连接位松动，机身外壳无多余外凸结构，所有线束均从层间空隙内走线，外部无裸露线束，防止移动过程中线束勾挂外物。从运动特性来看，双轮同轴的结构可实现原地零半径转向，在竞赛任务中需要快速调整朝向时，无需预留转向空间，相比差速四轮平台灵活性更高，平衡控制算法可根据搭载的拓展附件重量自动调整动力输出参数，在一定负载范围内维持稳定的直立行走状态，无需用户重新标定控制参数。整机的装配逻辑采用模块化设计，轮组、电控层、拓展层均可单独拆解更换，某一部件损坏时无需拆解整台设备，可快速替换备件，缩短竞赛场景下的故障修复时间，各模块之间的连接采用快拆式紧固件，方便参赛选手根据不同竞赛任务快速调整整机配置，比如更换更大容量的电池延长续航，或者加装更高的拓展层搭载更多任务组件。