双轮腿机器人是一种结合了轮式与腿式移动优势的新型机器人，特别适用于复杂地形的移动。它通过髋关节电机控制的双腿实现运动和平衡，具有较高的移动灵活性和适应性。在设计双轮腿机器人时，主要关注其动力学模型、电机选择、电池续航能力以及腿部结构设计。
在电机选择方面，髋关节电机对扭矩要求较高，本设计选择达妙科技研发的DM-J4310-2EC减速电机，具有3N·M的额定扭矩与7N·M的峰值扭矩，减速比为10:1，并配备双编码器和内置驱动器，支持多种控制模式。而轮毂电机要求相对宽松，为保持一致性，与髋关节电机相同。电机的这些性能特点满足了机器人在不同地形下进行有效移动的要求。
电池续航方面，考虑到机器人使用的电压为24V，选择了格氏6s航模电池，其能量密度较高，保证了机器人具备较长的续航能力。这种电池比传统的锂离子电池拥有更高的能量密度，因此更能满足长时间使用的需求。
在腿部结构设计方面，机器人腿部结构的设计既要保证强度也要尽量减轻重量。设计中，上部圆形结构用于安装髋关节电机，下部圆形结构用于安装轮毂电机。腿部长度的分配使得重心更集中于上侧，有助于实现平衡运动。腿部镂空设计则用以减轻重量。
车轮部分包括轮毂电机、轮毂和轮胎，轮毂电机与轮毂通过铜柱连接，轮胎粘贴在轮毂外侧，起到防滑、减震的作用。车轮的外径在加装轮胎后会稍有增大，从而优化了机器人的地面接触和行走性能。
机器人的整体尺寸控制在一定范围之内，宽度为345mm，高度变化区间为100mm到190mm，以适应不同地形和作业要求。组装机器人时，部分结构采用了3D打印技术，以树脂和PLA材料打印关节电机支架和电路板支撑板，而机器人底板和腿部结构则采用环氧板加工完成。整体组装后的机器人质量为3500g，且实际高度范围与设计模型基本一致。
动力学模型是双轮腿机器人设计的关键部分。通过建立虚拟模型控制（VMC），可以实时估计机器人与环境间的受力情况，并通过输出力控制使机器人与环境保持期望的力交互。虚拟模型通过正运动学模型和雅可比矩阵推导出关节电机输出力矩，而VMC算法则涉及到对五连杆机构的运动学分析和力矩计算。
在实现虚拟模型控制时，首先需要建立机器人的虚拟模型，然后利用这个模型实时估计与环境之间的受力情况，最后通过控制算法调整机器人对环境的作用力。虚拟模型控制的实现包括虚拟模型建立、力估计和力控制三个层面。对于双轮腿机器人而言，可以将其两条腿视为具有相同五连杆虚拟模型的结构，通过这种模型可以推算出所需的角度和坐标，进而求解出关节电机的输出力矩。这些计算过程涉及复杂的数学运算，包括符号运算和数值方法，但为机器人的动力学分析提供了理论基础。
双轮腿机器人的设计是多学科交叉的复杂过程，涉及动力学模型建立、电机及电池选择、机械结构设计等多个方面。其设计和实现对于机器人工程领域来说，具有重要的研究和应用价值。通过精心设计和精准的计算，双轮腿机器人能够在不同地形中稳定行走，完成各种任务。
