星轮行星轮转换式可爬楼轮椅设计说明书
作品内容简介
针对目前普通轮椅不具备爬楼功能，而国内市场上尚未出现比较成熟、实用的爬楼轮椅这一现状，我们设计了一种实用的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅。该轮椅既可以像普通轮椅一样在平地上行走，又可以攀爬楼梯，通过手摇来驱动。我们在行星齿轮结构的基础上加以改进，在中心轴和转臂间设一离合器，离合器分离时，驱动中心齿轮便会带动各行星齿轮旋转，此时为行星轮驱动模式，适用于平地行走；而操纵离合器使其结合时，中心轴和转臂锁死，各行星齿轮将不能自传，驱动中心轴整个行星轮系将整体翻转，主动翻越障碍，此时为星轮驱动模式，适用于爬楼梯。这种新的结构我们称之为星轮行星轮转换式结构（该结构我们已经申请了专利）。在此结构的基础上，我们在万向轮两侧增加了一对起引导和越障作用的导向轮，导向轮与万向轮的巧妙结合增强了万向轮的越障能力。此外我们还准确设计重心位置，并将靠背设计成可调形式，爬楼时可以调节重心位置，保证了爬楼时的安全性和舒适性。
1 研制背景及意义
目前市场上的轮椅存在一个很大的不足：由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。很多场合尤其是室外比如银行门前，购物中心门前等都或多或少有几级台阶，而对于室内仍有很多地方没有电梯，对于那些乘坐轮椅的残疾人，他们仍然有很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其它公用设施以方便残疾人活动。但由于受各种因素的影响，这些措施起到的作用仍然非常有限。
解决这一问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走设备，也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构，使其能够适应日常生活中所碰到大多数的地形。对于残疾人轮椅车的改进，已有不少人提出各种解决方案：有的使用履带式的辅助爬升设备帮助轮椅上下楼梯，有的采用步进式的结构一步一步往上踏，有的使用精密的陀螺仪控制两轮结构的翻转，立起来上下楼梯，但这些方案都有一些不尽如人意的地方，比如：结构复杂，造价高，使用不便，不能很好的适应平地行驶等，因而都未能得到较广泛的应用。
在总结前人设计经验的基础上，我们在星轮行星轮转换式结构的基础上设计一种新型轮椅，一种简单实用、安全可靠，即能够适应平地行走，又能够上下楼梯的轮椅，希望能够为残疾人带来福音。
2 设计方案
2.1 步进式
受火车的曲柄连杆机构的启发，经过思考，我们想到一种连杆机构，如图1所示，通过驱动三个互成120度的曲柄带动三个踏板交替与楼梯接触前行。在平路的时候和普通的轮椅车是一样的，靠轮子行走，在爬楼梯的时候，驱动轮则切换成上述步进机构，较平稳的沿着楼梯的棱边往上爬，如同爬一个斜坡一样。
图 1 步进机构
经过分析发现步进式结构强度要求较高，而装配精度难以保证，从而使得整体性能会受很大影响。另外，这种步进式结构上第一级楼梯会比较困难，平地行走时其连杆机构是一个累赘，甚至会影响其平地行走功能。
2.2 星轮行星轮转换式——驱动后置
该方案是基于一种新结构——星轮行星轮转换式结构，如图2和图3所示。其基本结构是具有三个行星齿轮的行星齿轮系，在中心齿轮外依次均布三惰轮和三行星齿轮，中心齿轮和惰轮、惰轮和行星齿轮间均为外啮合，左右两半箱体相联接作为转臂，由此构成具有三个行星齿轮的行星齿轮系。在各行星齿轮轴系箱体外伸端分别固定一个车轮，箱体中心固定有齿式离合器固定端，齿式离合器活动端与中心轴通过花键滑动联接，当齿式离合器活动端与固定端没有啮合时，整个结构便处于行星轮结构模式，此时驱动中心轴便会驱动三个车轮旋转，便可以在平地上行走。当拨动齿式离合器活动端使其与齿式离合器固定端结合时，中心齿轮和箱体（转臂）锁死，从而各齿轮均不能自转而只能随整个箱体一起翻转，整个行星齿轮系将变成一个刚性的整体而转变为星轮结构模式，此时驱动中心轴便会驱动包括行星轮系在内的整个箱体翻转，此种结构模式可用于攀爬楼梯。
该方案的优点在于，同一结构通过简单转换得到两种驱动模式，分别适应爬楼和平地行走，各自适应性良好，并且结构紧凑，操作方便。
图 2 星轮行星轮转换式结构图 3 离合器局部展开图
运用此种结构也有两种方案：驱动前置和驱动后置。驱动后置，即将该驱动结构置于车
后作为驱动后轮，前轮用万向轮。
优点：由于大轮在后小轮在前，整车协调美观，爬楼时重量压于后轮，不易打滑，。
缺点：爬楼时，后轮支点位置不断跳跃性变化，有倾翻的可能；万向轮在前平地时承载较大，转向阻力大，爬楼时万向轮可能偏斜影响爬楼。
2.3 星轮行星轮转换式——驱动前置
驱动前置，即将该驱动结构置于车前面作为驱动前轮，后轮用万向轮。出于减小爬楼时万向轮的阻碍作用我们想到了此种方案，其最大的优点就是，万向轮作为后支点爬楼时不易倾翻，且阻碍作用相对较小。但是驱动前置有一些致命的弱点，首先就是外观问题，大部分东西集中在前面，后面悬伸两个很小的万向轮，看起来很不协调，仅外观问题基本上就具有一票否决权；其次是打滑问题，爬楼时由于人对驱动轮的正压力不够，很容易打滑。
经过综合考虑，我们选择了第二种方案，即驱动后置的星轮行星轮转换式方案。该方案能较好的实现爬楼功能，并且具有较好的外观。该方案还涉及到以下具体问题。
a. 星轮行星轮转换式结构离合器的选用
(1)牙嵌式离合器
牙嵌式离合器结构简单，安装方便，承载力较大，从功能上讲基本上可以满足使用要求。但是牙嵌式离合器牙数较少，满足我们使用要求的矩形牙嵌离合器只有7个牙，离合器的活动端与固定端自然对正的几率非常小，操纵时需要反复调整，很不方便。在第一代产品试制时我们便采用了此种方案，经实验确实操纵不便。
(2)电磁离合器
电磁离合器在通电后依靠电磁力使活动端与固定端结合，其操纵方便，只需按下开关接通电源。电磁离合器有多种型号，有摩擦式的、牙嵌式的，有干式的、湿式的。摩擦式的重量都很重，不符合我们的使用要求。根据使用条件，只有牙嵌式电磁离合器DLY0系列符合要求。
使用电磁离合器最大的优点就是操纵方便，但是也有很多弊端，首先是重量问题，电磁离合器本身就有1.5kg重，还需要专门配备蓄电池，势必增加整车的重量。其次是可靠性问题，电磁式的没有机械式的可靠，爬楼时如果出现电磁离合器线圈突然烧坏或是蓄电池电量耗完的问题，将会发生危险。另外，蓄电池需要经常充电很不方便，电磁离合器安装精度要求很高，尤其是活动端和固定端同轴度要求非常高，对加工和装配都提出了很高的要求。
(3)齿式离合器
齿式离合器与牙签式离合器比较相似，不同的是齿式离合器的齿数可以根据情况自己设计，可以取较多齿数。齿式离合器承载能力很大，根据我们的使用要求，可以取较小的模数和较多的齿数，齿端面倒成尖角，这样以来结合起来非常容易，操纵时不需要太多的调整。
综合分析比较，我们最终选择了齿式离合器，其结构紧凑，体积小，重量轻，操纵方便，安全可靠。
b. 导向轮
由于万向轮翻越半径有限，对于高度大其半径的台阶前万向轮便无法翻越。因此，我们设计了前导向轮，通过它与万向轮之间的切线过渡来增大轮椅所能越过的最大高度。万向轮的半径为100mm,而生活中普通楼梯的高度一般不超过180mm,我们将前轮部分的翻越高度设定为200mm，据此来设计导向轮的长度及倾角，如图4所示。为了使导向轮能够比较平滑的越障，我们采用了履带式结构。
图 4 导向轮设计原理
c. 传动系统
为了减小驱动力，根据我们的初步计算，摇臂160mm时，所需传动比为：爬楼10：1，平地3.5：1，由于传动距离较远，选用链传动。
图 5 链传动系统
为了实现两个传动比，可以做一个小变速器，设10：1，3.5：1和空档三档，但这样做不够简洁，增加了整车的重量也增加了成本。后来我们想到了一种简单可行的方案，在一级轴和二级轴分别设一驱动点，平地行走时驱动二级轴，爬楼时驱动一级轴，驱动手柄设计成可拆卸形式。如图5所示。
3 理论设计计算
3.1能够爬楼不打滑的条件计算
图 6 不打滑条件受力分析
如图6所示情况最易打滑，设前后轮距为l ,人和车重心距后轮距离为xl .
则Ny=x·G ,N1=(1-x)G ,Nx=Ny tg30。，能爬上楼的条件是
μN1≥Nx ，即μ(1-x)G≥x·G tg30。，其中μ=0.3
0.3(1-x) ≥0.58x 得x≤0.34
因驱动轮为车体的主要重量，加之爬楼时车体倾斜，人的重心自然靠后，因而重心设计在距图示位置距后轮0.34倍的轮距处是可以实现的。
3.2驱动力的估算
爬楼时重力大部分压于后轮，忽略前轮的阻力，受力图如图7和图8。
图7 受力分析-重力阻碍翻转图8 受力分析-重力有助翻转
对A点列力矩平衡方程：
公斤力
相当于
力为：
，人单手所需最大驱动
：
统，总传动比
仅用两级链传动减速系
驱动手柄
时，
，单边
重力阻力矩。
时，驱动转矩主要克服
力）
重心后调后忽略前轮阻
5
50N
r/i/T
F
1
10
,
16m
.0
r
m
80N
16
.0
500
T
500N
10
50
G
0.16m
a
90
(
acos
G
T
max
max
=
=
=
∙
=
⨯
=
=
=
⨯
=
=
≤
∙
=
θ
θ
θ
考虑到驱动转矩比较大，若选用电机作为原动机，需要专门配备减速系统才能达到所需
转矩，而且要配备较大容量的蓄电池。这样会增加整车的重量。通过分析比较可采用手柄手
摇驱动，双边驱动，以便于差动转向。
3.3结构设计计算
3.3.1齿轮设计计算
(1)平地行走情形如图9所示
2f=F阻2f= F阻
T 3=f R = F阻/2·R
R为车轮半径，F阻为行走阻力，主要是滚动摩擦阻力，非常小，因而此种情况齿轮受力
状况良好。
(2)在坡度为8度的地面行走时
m N fR T N
G f F G f ∙=⨯===⨯⨯==≈+=5.31.08.348.348sin 5005.08sin 5.0G sin88sin 23
则阻
图 9 平地齿轮受力分析 图 10 爬楼齿轮受力分析 (3)爬楼时 如图10所示
T3=μ(1-x)G ·R ，取μ=0.3，x=0.3
T3=0.3×0.7×50×0.1=1.05
比较以上三种情况，在有坡度的地面行走时，齿轮受转矩最大。
根据三角星轮的大小要求，为降低安装精度要求，初选齿轮模数为3，考虑结构的紧凑性，根据楼梯的尺寸确定各轮轮距，由此确定齿轮中心距和各齿轮大小：
中心轮，惰轮，行星齿轮齿数分别为38，26，18；
选用45钢调质处理齿轮，对中心齿轮z1, 转矩
m m 14800N 8.14)38/18/(5.32/213311⋅=∙=⨯==m N i T T
.
;
6.6052.18.238308.0001485.122KT ;
5.1,08.0,52.1,8.2;72025
.12270;5.1,2Y 2Y 27023231lim lim lim N lim 强度符合要求故则取又则，取
FP Sa Fa d F d Sa Fa N F ST
F FP F st F MPa Y Y z m K Y Y MPa Y S Y S MPa
σψσψσσσ<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=======⨯⨯====== 3.3.2行星齿轮轴结构设计
图 11 行星齿轮轴受力分析
爬楼单轮着地时受力情况最差，此时受力图如图11所示
N=G/2=500 N
Ft=T/R3=1.1/0.0175=63 N
Fr=Ft ·tana=63×0.364=23 N
14Fr+28N1=52N ,得 N1=917N
14N2+14N1=38N ，得 N2=440N
经计算 ，A 处弯矩最大，
mm 7.12601.012250][1.0d 60][,45,
mm 12250N m 12.250N )1.10.6(120.6
,)(1.412500024.0024.033b 1A b 12222=⨯=≥=∙=∙=⨯+==+=∙==∙=⨯==--σσααca ca A ca A A M A Mpa
M T M M m
N T T m
N N M 处的直径钢调质轴选用材料为则取 考虑轴承内径并取整 d=15mm
齿轮键连接设计
轮毂长度 为12 选用圆头平键，L=12 b=h=6
强度符合要求][3.256620410044p p MPa dhl T σσ<=⨯⨯⨯==。
轴承选择
Fr1=N1=917 N , Fr2=N2=440N
2.74KN 2740N 1010800156012841060nL P C 10800
336010L 153360101284N
91714.1XF f P 4
.1f 3636'
h h r p p ==⨯⨯⨯===⨯⨯==⨯⨯===‘荷
轴承所需基本额定动载则预期寿命转。
小时，每分钟转天，每天工作年，每年用轴承所需寿命：预计使则中等冲击，取
选用 6202轴承，其 D=35 ，B=11，C=5.88kg>2.74 ,符合要求。
3.3.3中心轴设计
受力图如图12，由齿轮箱体的受力平衡有：
N3-N4=500N 28N4=35×500
得 N3=1125N N4=625N
中心齿轮 T=20.5N ·m
链轮对轴的作用力 F=955N
图 12 中心轴受力分析
⎩⎨⎧==⎩⎨⎧=-++-=-+-+-895N N2560N N1015031441490210001342得N N N F N N N N F N 做出弯矩转矩图
危险点 D 处 M=12300 T=95000
E 处 M=20210 T=0
该轴受力状况复杂，功能重要，材料选用45钢调制，其[σ-1]b =60MPa .
mm m 15.0600.120210]0.1[M d m 3.21600.158312]0.1[M d 20210
)T (M M 58312)950006.0(12300)T (M M 0.633b 1E ca E 33
b 1D ca D 22E ca 2222D ca =⨯=≥=⨯=≥=+==⨯+=+=
=--σσααα取
相应取整 dD=24 dC=dE=20
C,E 处轴承校核
Fr3=N3=1125 N , Fr4=N4=625N
42KN .11420N 10108006.6608751060nL P C E 2.63KN 2629N 10108006.66016201060nL P C min
/6r .650/221515i n 10800
L N
87525614.1XF f P N
1620112514.1XF f P 4
.1f 3636'
h 3636'
h h r4p E r3p C p ==⨯⨯⨯====⨯⨯⨯===⨯====⨯⨯===⨯⨯===‘‘处处荷
轴承所需基本额定动载转速轴承所需寿命：则中等冲击，取C
选用 1000904轴承，其 d=20 , D=37 ，B=9，C=5.02kN ,符合要求。
中心齿轮键连接设计
轮毂长度为12 选用圆头平键，L=12 b=6，h=6
强度符合要求M P a M P a d h l T p p 130][04166222050044=<=⨯⨯⨯==σσ 3.3.4链传动设计
传动比i=3.5 , n=20r/min,链速 v=0.1m/s ,初选z1=13, 则z2=45,根据额定功率和小链轮的转速转速初选链条节距为9.525，经校核其强度符合要求。
4 工作原理及性能分析
4.1平地行走
平地行走时采用行星轮驱动模式，双边手摇驱动，利用差动来转向。由于速度比较慢，人完全可以控制其速度，因而也不需要刹车。
4.2翻越一级台阶等简单障碍
如图13，对于简单障碍可以正着直接上去，导向轮可以将万向轮悬起，如果障碍比较矮，可直接用行星轮状态爬上去，如果障碍较高，可以拨动离合器转换为星轮状态，翻越障碍。
图 13 翻阅简单障碍 图 14 上楼
4.3上楼
如图14，将离合器结合，采用星轮驱动模式，正着上楼梯，导向轮与楼梯外沿相贴，使得前轮不会被楼梯挡死，而且不会有太大的波动。后驱动轮每转120度上一个台阶，并且具有一定的节奏性，中途可停留，安全省力。对于一般的楼梯后面不需要人扶，精确的重心设计保证了其不会后翻，对于特别的楼梯，为保证绝对的安全，可在后面增加一名辅助者防止后翻。
图 15 下楼
4.3下楼
如图15，下楼时采用行星轮驱动模式倒着下楼，由于下楼时震动较大，速度控制难度大，容易后翻，因而下楼时需要一辅助者在后面扶持以防止倾翻。
完成制作后，作品实物照片见图16
图 16 产品实物照片
5 创新点及应用.
(1)星轮行星轮可转换式结构，通过在传统行星轮结构上增设一个离合器，使系统具有星
2013届本科毕业设计（论文）
轮和行星轮两种驱动模式；
(2)平地上使用行星轮驱动模式，爬楼时使用星轮驱动模式，适应性好；
(3)导向轮与万向轮的巧妙结合增强了万向轮的越障能力；
(4)同一传动链上设有两个驱动点，满足了平地行走和爬楼时不同的传动比要求。
本产品可广泛用于社区，养老院，医院等场合，适用于腿脚不便的残疾人或老年人。相对于现有的可爬楼轮椅，我们的产品适应性好、性价比高。在批量生产时成本可降至2000元左右，而据我们调查，武汉市唯一一个辅助爬楼装置价格高达6万元，而国外具有相似功能的IBOT3000轮椅更是高达3万美元，相比之下我们的轮椅具有很好的市场前景。
参考文献
[1]机械原理－基础篇/杨家军主编武汉：华中科技大学出版社，2005年3月
[2]机械设计－基础篇/吴昌林姜柳林主编武汉：华中科技大学出版社2005年3月
[3]机械零件设计手册（第三版）/东北大学编北京：冶金工业出版社1994年4月
[4]杨家军. 机械系统创新设计. 华中科技大学出版社, 2000
[5]机械设计课程设计/唐增宝何永然刘安俊主编武汉：华中科技大学出版社1999年3月
轮式爬楼梯轮椅设计 一、本课题的研究目的和意义： 高龄人群以及下肢残障者的最大障碍是步行能力的减弱甚至缺失，他们不仅丧失行动力，更需要有劳动能力的人来加以护理。目前，大多数老体弱者及肌体伤残者都选择轮椅作为他们的代步工具，而且使用范围越来越广。轮椅也由手动轮椅、电动轮椅趋向智能轮椅的方向发展，但由于他们一般采用传统的轮式结构，一般仅适合在平地上使用，很少具备爬楼和翻越障碍的能力。楼梯和路障使轮椅的使用受到了很大的限制，很多场合尤其是室外，比如银行、购物中心门前等或多或少有几级台阶，室内也有很多地方没有电梯，这也给轮椅用户造成很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其他公用设施以方便残疾人活动。但由于各种因素的影响，这些措施的作用也非常有限。 为了给老年人和残疾人提供高性能的代步工具，解决楼梯或路障对他们使用轮椅造成的不便，帮助他们提高行动自由度，重新更好的融入社会，并考虑到我国的基本国情，研究一种价格适宜、小巧轻便的轮式爬楼梯轮椅装置具有重大的意义和实用价值。 二、文献综述（国内外研究情况及其发展）： 轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。目前，我国已经进入老龄化社会，随着老人的数量不断增加，由于行动不便对轮椅的需求数量增加，普通的轮椅很难适应我国老人上下楼的需要，因为我国大部分楼房建筑是以六层以下建筑为主，该类建筑中没有安装电梯，对于使用轮椅的人来说，上下楼及其不方便，或重心易下滑，单人难上楼，需另建专用车道。因此迫切需要开发能够简便、轻巧的上下楼轮椅。 在我国，每年约有数十万老人、残疾人等需坐轮椅车行走。过去旧式轮椅车存在不能自行上、下楼等问题，使病人的活动空间大为缩小。并使监护人看护病人也很困难。为了给千百万残疾人一个自由、舒适的空间，再加上该产品有着很大实用性，存在着非常广阔的市场。于是人们不断进行着艰苦的研究，一代又一代可上楼的轮椅应运而生。可自上下楼的轮椅能更好的满足残疾病人的生活需求，使其可以自己穿梭于没有助残设施的高楼大厦内。 在我国残疾人的数量是可观的，越来越多的人关注起他们的日常生活和精神生活。他们渴望能像正常人一样的生活，渴望能够独立完成一些事情，而不用求助于正常人。这样残疾人才会更有信心的面对生活，不被歧视，不成为别人的负担。为了满足残疾人的需求，也是为了更好的建设和谐社会，上楼轮椅成为一个不可或缺的工具。 爬楼梯装置的研究已经有了较长的历史，早在19世纪90年代就已经有了此类专利的出现。特别是美、英、日德等发达国家早就开始向此领域冲击，经过不断努力开发，也出现了一些成果。由于起步较早，它们在这方面的技术也相对成熟，已经推出多种此类产品。但现存产品都还存在各种瑕疵，还没有一种能做到尽善尽美。我国对此类装置的研究起步较晚，在近几年也有一些成果产生，但距离形成成熟产品还有很长的路要走。 目前已经存在的爬楼梯装置也是各种各样，可以按照爬楼方式分为履带式、星轮式、腿足式以及复合式爬楼梯装置。各种装置都有自己的优点，但也都存在一定不足。 （1）履带式 履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。如英国Baronmead公司开发的一种电动轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为35度，上下楼梯速度为每分钟15~20个台阶，如图1所示。法国Topchair公司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无
上下楼梯搬运器设计与仿真 摘要：本文的目标是根据国内实际情况，为减轻上下楼运送重物的体力劳动强度的问题，设计一种人工辅助上下楼梯机构。我设计了一种实用星轮转换式可爬楼装置。该装置既可以在平地上行走，又可以攀爬楼梯，通过电机驱动。在中心轴和转臂间设一离合器，离合器分离时，驱动中心齿轮便会带动各行星齿轮旋转，此时为行星轮驱动模式，适用于平地行走；而操纵离合器使其结合时，中心轴和转臂锁死，各行星齿轮将不能自传，驱动中心轴整个行星轮系将整体翻转，主动翻越障碍，此时为星轮驱动模式，适用于爬楼梯。 关键词：上下楼梯；服务机器人；机构；设计
Moving from Top to Bottom Staircase Design and Simulation Abstract:The goal of this paper is based on the actual situation, alleviate the problem of the physical strength of transporting heavy loads down the stairs, design an artificial up and down stairs institutions. I designed a practical star turn can Palou device. The device can either be on level ground walking, climbing stairs, through the motor drive. Between the center shaft and arm set up a clutch, the clutch, the drive center gear will drive the planet gear rotation, the planet-wheel drive mode, suitable for walking on level ground; to manipulate the clutch so that combined with the central axis and tumbler lock, each planetary gear will not autobiographical, the overall flip of the driver central axis of the planetary gear train, take the initiative over the obstacle, this time for the star-wheel drive mode applies to climb the stairs. Keywords:up and down stairs; service robots; institutions; design
星轮行星轮转换式可爬楼轮椅设计说明书 作品内容简介 针对目前普通轮椅不具备爬楼功能，而国内市场上尚未出现比较成熟、实用的爬楼轮椅这一现状，我们设计了一种实用的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅。该轮椅既可以像普通轮椅一样在平地上行走，又可以攀爬楼梯，通过手摇来驱动。我们在行星齿轮结构的基础上加以改进，在中心轴和转臂间设一离合器，离合器分离时，驱动中心齿轮便会带动各行星齿轮旋转，此时为行星轮驱动模式，适用于平地行走；而操纵离合器使其结合时，中心轴和转臂锁死，各行星齿轮将不能自传，驱动中心轴整个行星轮系将整体翻转，主动翻越障碍，此时为星轮驱动模式，适用于爬楼梯。这种新的结构我们称之为星轮行星轮转换式结构（该结构我们已经申请了专利）。在此结构的基础上，我们在万向轮两侧增加了一对起引导和越障作用的导向轮，导向轮与万向轮的巧妙结合增强了万向轮的越障能力。此外我们还准确设计重心位置，并将靠背设计成可调形式，爬楼时可以调节重心位置，保证了爬楼时的安全性和舒适性。 1 研制背景及意义 目前市场上的轮椅存在一个很大的不足：由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。很多场合尤其是室外比如银行门前，购物中心门前等都或多或少有几级台阶，而对于室内仍有很多地方没有电梯，对于那些乘坐轮椅的残疾人，他们仍然有很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其它公用设施以方便残疾人活动。但由于受各种因素的影响，这些措施起到的作用仍然非常有限。 解决这一问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走设备，也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构，使其能够适应日常生活中所碰到大多数的地形。对于残疾人轮椅车的改进，已有不少人提出各种解决方案：有的使用履带式的辅助爬升设备帮助轮椅上下楼梯，有的采用步进式的结构一步一步往上踏，有的使用精密的陀螺仪控制两轮结构的翻转，立起来上下楼梯，但这些方案都有一些不尽如人意的地方，比如：结构复杂，造价高，使用不便，不能很好的适应平地行驶等，因而都未能得到较广泛的应用。 在总结前人设计经验的基础上，我们在星轮行星轮转换式结构的基础上设计一种新型轮椅，一种简单实用、安全可靠，即能够适应平地行走，又能够上下楼梯的轮椅，希望能够为残疾人带来福音。 2 设计方案 2.1 步进式 受火车的曲柄连杆机构的启发，经过思考，我们想到一种连杆机构，如图1所示，通过驱动三个互成120度的曲柄带动三个踏板交替与楼梯接触前行。在平路的时候和普通的轮椅车是一样的，靠轮子行走，在爬楼梯的时候，驱动轮则切换成上述步进机构，较平稳的沿着楼梯的棱边往上爬，如同爬一个斜坡一样。
本科毕业设计（论文） XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 学院名称：XXXX学院 专业：XXXXXXXXXX 班级：XXXXXX 学号：XXXXXXXX 姓名：XXX 指导教师姓名：XXX 指导教师职称：XXX 二〇年六月
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 摘要：针对国内市场上尚未出现比较成熟、实用的爬楼轮椅这一现状，为了完善行星轮在爬楼梯上的应用，设计了一种实用的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅。该轮椅车主要有车体、星轮行星轮转换装置、离合器、导向轮、万向轮等零部件构成。通过改变离合器的两种状态，它既可以在平地上行走，又可以攀爬楼梯。离合器分离时，中心齿轮带动各行星齿轮旋转，此时为行星轮驱动模式，适用于平地行走；离合器结合时，中心轴和转臂锁死，各行星齿轮将不能自转，中心轴和整个行星轮系将整体翻转，此时为星轮驱动模式，适用于爬楼梯。与此同时，在万向轮两侧各增加了一排导向轮，从而提高了轮椅车的越障能力。本设计在总结前人对于这方面课题研究的成果基础上，对可爬楼轮椅车进行了优化设计。 关键词：可爬楼梯轮椅；行星轮系；离合器；导向轮
The Design of Conversion Type of the Star Wheel Planetary Gear Climbing Stairs Wheelchair Abstract：For domestic market has not yet appeared relatively mature and practical climbing stairs wheelchair, and aimed to improve the planetary gear in the application of climbing the stairs, a practical star wheel planetary gear-conversion climbing stairs wheelchair has been designed. The wheelchair mainly body is composed of star wheel planetary gear conversion devices, clutch, guide wheels, universal wheels and other components. By changing two states of the clutch, this wheelchair can walk on the flat ground, and also can climb stairs. Drive center will drive the gear planetary gear rotating when the clutch separated and the planet-wheel is under drive mode which can leads a on level ground walking; and when the clutch combined, the central axis and arm lock the planetary gear rotation, there will be a overall flipping driver central axis of the planetary gear train, which will take the initiative to climb obstacles. This time for the star-wheel drive mode applies to climb stairs. At the same time, adding a row of the guide wheels on each side of the universal wheels has enhanced the obstacle-climbing capability of this wheelchair. With summarized up the achievements of previous research in this regard, this design has optimized and improved the climbing stairs wheelchair in some critical parts. Keywords：Climbing stairs wheelchair; Planetary gear train; Clutch; Guide wheel
一种星轮式爬楼梯电动轮椅设计 王占礼;孟祥雨;陈延伟 【摘要】A three star wheels stairs-climbing electric wheelchair is designed.One of the star wheels is wheel motor.The three star wheels stairs-climbing device climbs up the obstacles,with the wheel motor driving on the ground, which realizes the organic combination of climb building and the electric wheelchair function.The Star wheel stair-climbing device is the key to it.The stair-climbing device and its walking mechanisms was designed by in梔epth study, with fully consideration of the requirements of structure,size and climb power,and security of the stair-climbing device.The results of analysis of performance of wheel chair show that stair-climbing wheel chair reaches the design requirements and has the advantages of safety, stability,simple operation and easy control.%设计了一款三星轮式爬楼梯电动轮椅,其中一个星轮为轮毂电机.采用三星轮机构实现爬楼越障,采用轮毂电机驱动轮椅平地行驶,实现了爬楼功能和电动轮椅功能的有机结合.爬升装置是爬楼梯轮椅的关键,在深入研究爬楼梯轮椅工作机理基础上,充分考虑爬楼梯轮椅爬升装置的结构和尺寸以及爬升功率、安全性等要求,在对爬升装置设计的同时还对轮椅行走环节进行了设计.经过性能分析,设计的爬楼梯轮椅达到了功能要求,并具有乘坐安全、爬楼梯稳定、控制容易以及操作简单等特点. 【期刊名称】《机械设计与制造》 【年(卷),期】2012(000)010 【总页数】3页(P56-58)
爬楼梯的自行轮椅车设计（含全套CAD图纸）
目录 1 绪论 (3) 1.1 课题研究原因和意义 (3) 1.1.1课题研究的原因 (3) 1.1.2课题研究的意义 (3) 1.2 目前国内外研究状况 (3) 1.2.1轮组式 (4) 1.2.2履带式 (5) 1.2.3腿式 (6) 1.2.4复合式 (6) 1.3 目前研究中所存在问题 (7) 2 系统方案设计 (9) 2.1 系统方案确定 (9) 2.2智能电动越障爬楼轮椅系统构成 (10) (15) 2.2.3驱动控制系统 (16) 3 轮椅驱动模块设计 (18) 3.1 电机的选择 (18) 3.2 电机工作原理 (20) 3.3 电源的选择 (23)
3.4控制核心C8051F020 (23) 3.4.1 C8051FO20概述 (23) 3.4.2主要性能参数 (24) (25) (25) (26) 3.6 电机驱动电路 (27) 4 系统控制方案设计 (30) (30) (32) 4.2.1 并行控制 (32) 4.2.2 主从控制 (33) 5 轮椅车控制算法设计 (35) 5.1 速度检测电路 (35) 5.2 PID控制方法 (36) 5.2.1 PID控制方法介绍 (36) 5.2.2 数字式增量PID控制算法 (38) 5.2.3 标准PID算法的改进 (39) 5.2.4 干扰的抑制 (40) 5.2.5 PID调节器的参数整定 (40) 6 轮椅车控制模块的数学模型 (43) 6.1 系统运行方框图 (43)
6.2系统运行原理 (44) 6.3建立数学模型 (44) 7 软件实现 (50) 7.1 单片机片内的资源配置 (50) 7.1.1 单片机内各功能模块配置 (50) 7.1.2 单片机的端口配置 (51) 7.2 程序模块介绍 (51) 7.2.1 初始化模块 (51) 7.2.2 测速子程序 (53) 7.2.3 主程序 (56) 7.3 总程序 (58) 总结 (67) 参考文献 (68) 致谢 (69) 全套图纸加36296518
电动爬楼梯轮椅的分析 摘要：随着时间推移，我国人口老龄化成大幅上涨趋势，2021年已达到 2.00556亿，而老年人体质逐渐退化需要轮椅等工具的扶持，因此一款合适的轮 椅能大大帮助老年人的日常生活服务。 现代轮椅有一般轮椅、定制轮椅和电动轮椅，而爬楼梯轮椅是在电动轮椅的 基础上安装履带或行星轮，使爬楼梯轮椅在满足动力学方程、稳定性和欧拉法的 前提下，最大化便于老年人活动。调研表明，电动轮椅能为老年人提供很大便利，有着巨大的经济市场。本文重点探讨人口老龄化、国内现状、各类轮椅的优缺点。 关键词：爬楼梯轮椅；设计； 1. 国家人口老龄化 我 图表一：2012-2021年中国65岁及以上人口数量占比系统 国近年来人口老龄化比率大幅上升，从2000年开始，60岁以上老年人占据总人 口的7%，2021年更是占据18.70%。而65岁以上老年人占据13.50%相比去年提 升5.44%。而人口老龄化的出现使辅助工具市场得到大规模发展，特别是轮椅、 拐杖这一行业。图一是2012-2021年65岁及以上人口数量，图中明确指出我国 人口老龄化成上升趋势。
图表二：我国整体老年人轮椅需求量（万辆） 且轮椅的市场需求远远未得到满足，根据国家辅具研究中心数据表示，我国轮椅的实际适配比例仅为10%左右。 伴随着新一代电动轮椅的出现，将成为社会主流，智能化趋势明显。 1. 国内爬楼梯轮椅现状 国内最早关于智能轮椅的研究始于上世纪80年代，经过30多年的发展，已开发出多种智能轮椅产品。尽管我国智能轮椅的研究开发工作起步较晚，在机构的复杂性和灵活性上同发达国家和地区相比还有一定差距，但也根据自身特色研制出了技术指标接近甚至超过国外先进水平的智能轮椅平台。特别是在智能轮椅的电动驱动总成、嵌入式控制器、传感器技术、电源技术等核心技术方面世界上很多国家和地区都在不断探索和创新。智能轮椅作为一种服务机器人是面向行动不便人群的辅助行走机器人，其应用融合了机器人研究领域的多种技术，其涉及到机器人技术、信息技术等多个诸多领域。但是，目前很多实验室研制出的智能轮椅还停留在样机或是少数定做阶段。 图三中选取国内部分厂家，而国内电动轮椅生产厂家并不算很多，因为轮椅行业国家规定为二级医疗器械，需厂家获得二级医疗生产许可证才可生产制造，所以这个行业还是具有一定门槛，中小型厂家无法取得许可证便不能生产，国内电动轮椅生产地主要集中在河北、山东、浙江、广东、江苏这几个地方。 图表三：我国电动轮椅生产批发部分企业（单位：件）图表四：国内电动轮椅生产厂商地区分布（%）
第二届机械创新设计获奖作品简介 第一组 助残机械——轮椅类（19项） 1 省力变速双向驱动残疾人车用驱动机构 2 单手驱动残疾人车 3 多功能人性化轮椅 4 多功能自助轮椅 5 减摆助残车 6 多功能电动轮椅 7 自由轮椅 8 自动爬楼梯轮椅 9 可升降伸展式新型电动轮椅 10 防侧翻轮椅 11 星轮行星轮转换式可爬楼轮椅 12 多功能助残自动轮椅 13 可上下台阶式轮椅 14 三杆开链式轮椅 15 半自动爬楼梯轮椅 16 阶梯平地两用电动轮椅 17 可升降省力便携式轮椅 18 实用上楼梯轮椅 19 多功能健身轮椅 4 多功能自助轮椅 参赛学校：西北工业大学 参赛者：张君、张保、王开明、赵洪庆，指导教师：葛文杰、刘光磊 作品内容简介 轮椅，作为下肢残残疾人的代步工具，其完善的功能是十分重要的。经市场调查，发现现有普通轮椅还存在一些缺陷，并不能很好的解决残疾人急需解决的棘手问题，主要为：轮椅上的如厕自理，爬坡驻坡以及前轮的越障能力低等问题。针对上述问题，我们在现有轮椅的基础上设计一种多功能自助轮椅，使残疾人能在无人照看的情况下方便的自理如厕，爬坡时能驻坡，方便残疾人倒手，同时提高了针对小台阶等的越障能力。 主要创新点 （1）采用曲柄连杆机构实现自理如厕功能，灵活简单,使用者只需往后躺下即可，同时躺下可方便脱去裤子，操作方便，而且符合人机工程学。（2）驻坡功能的实现是对棘轮的简单应用，上坡时使大轮具备单向旋转能力，可靠性好，上坡时便于残疾人倒手。（3）在前轮加一小轮便可以大大提高其越障（如小台阶等）能力。 推广应用价值 本轮椅适用于各年龄段的残疾人，功能实用，操作简单方便，对残疾人独立处理自己生活事务有很大的帮助，而且成本低廉，符合一般家庭的购买能力，所以会有很大的推广价值。
上楼搬运车设计 摘要：现有可折叠式楼梯平地两用搬运车，该方案中采用人工拉动搬运车， 进而通过小游星轮跨越台阶以及星型轮翻转来实现爬楼梯的动作。针对现有技术 的不足，本项目提供了上楼搬运车，解决了人力搬运车上下楼梯费时费力以及大 型家电搬运时易倾倒的问题。 一引言 行星轮系的机构是一种应用范围广泛的传动类系统现已用于矿山、起重运输、轻工、冶金、机床等领域［1 － 2］。行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量轻、体积小、传动比大、承载能力强以及传动平稳和传动效率高等优点[3]但是现如今不管是什么类型的行星轮机，由于各自使用的材料密度过大，其 自身的重量往往会给使用者们带来负担，但是因为机构的组成结构简单并且成本 比较低的缘故，对于一些商家往往是不二的选择。 二技术方案 本项目在普通的人工上楼搬运车的基础上进行了改进实现了上楼搬运车的折叠，人力拉动改为电力的便捷，以及在万向轮的辅助下全方位的移动。 为实现以上目的，本项目通过以下技术方案予以实现：上楼搬运车，包括背板，所述背板后端的底部固定连接有第一动力箱，所述第一动力箱内中间位置固 定连接有第一蓄电池，所述第一动力箱内在第一蓄电池两侧均固定连接有第一隔板，所述第一隔板外侧均转动连接在第一转动轴的一端，所述第一转动轴的另一 端均贯穿第一动力箱侧壁向外延伸并固定连接有第一三角支架，所述第一三角支 架三角位置的外侧均转动连接有第一支撑轴，所述第一支撑轴均固定连接在第一 滚轮的中心位置，所述背板后端的上部通过第三连接座转动连接在连接板的顶部，所述连接板的底部通过第二连接座转动连接在电动推杆的顶端，所述电动推杆的 底端通过第一连接座转动连接在背板后端的中间位置，所述连接板后端的底部固 定连接有第二动力箱，所述第二动力箱内中间位置固定连接有第二蓄电池，所述
曲柄星轮式爬楼梯轮椅爬升机构设计 王占礼;赵德超;陈延伟;孟祥雨 【摘要】对爬升机构的结构进行了设计,通过性能对比,设计的爬楼梯轮椅爬升机构满足要求. 【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2011(032)002 【总页数】4页(P105-108) 【关键词】爬楼梯轮椅;爬升机构;曲柄星轮 【作者】王占礼;赵德超;陈延伟;孟祥雨 【作者单位】长春工业大学,机电工程学院,吉林,长春,130012;长春工业大学,机电工程学院,吉林,长春,130012;长春工业大学,机电工程学院,吉林,长春,130012;长春工 业大学,机电工程学院,吉林,长春,130012 【正文语种】中文 【中图分类】TH122 0 引言 根据2008年开展的第二次残疾人抽样推算，我国各类残疾人口总数为8 296万人，残疾人占全国总人口的6.34%。其中，60岁及以上的老年残疾人口为4 416万，占残疾总人口的53.2%，与1987年相比，60岁及以上的残疾老年人增加了2 365万，占到总增加人数的75.5%。随着年龄的增长，残疾人口的比例在不断上
升，尤其进入老年后，上升非常迅速[1]。不断增加的残疾人口对医疗和保健有着巨大的需求，成为我国面对的重大社会服务问题。服务机器人的出现可以有效地缓解医务人员不足的现状，提高残疾人的生活质量，为我国社会的稳定发展起到积极作用。 近年来，国内外许多公司、大学和研究机构都对攀爬楼梯的助行系统进行了深入研究，也提出了各自的产品或解决方案。美国著名发明家迪恩卡门发明的“独立机动系统”（iBOT）是目前星型轮机构助行系统中较独特、性能指标最高的产品。 日本的“Freedom”轮椅很好地解决了上、下楼梯时的姿态平衡问题[2]。英国的BARONMEAD轮椅车可在平地自由运行，还可拆卸为两部分，便于装运[3]。 目前，爬楼梯轮椅操作复杂、体积和重量大、价格昂贵，所以在现实生活中没有得到广泛应用，例如，iBOT成本较高，售价昂贵（近 29 000美元），对于普通的残疾人家庭来说只能望而却步[4];Jianjun Yuan和Shigeo Hirose设计的Zero Carrier I型轮椅对传统的腿足式进行改进，但由于脚轮尺寸太小，并不适于作为普通轮椅使用，而且因为结构复杂，目前仍处于实验样机状态[5]。曲柄星轮式爬升机构突破了传统的爬楼梯全自动的概念，采取他人辅助上楼方式，在很大程度上降低了爬楼梯轮椅的成本和难度[6]。 1 爬升机构工作原理 曲柄星轮爬楼梯轮椅的爬升机构由两套曲柄星轮及链传动构成，其工作原理如图1所示。 图1 爬升机构工作原理图 两套曲柄星轮通过链条进行动力传动，通过曲柄星轮的交替运动来完成爬升动作。以上工作原理的具体实施方式如图2所示。 图2 爬楼梯过程图
微型行星齿轮传动设计 概述 微型行星齿轮传动是一种常用于微型机械设备的传动方式，它具有结构紧凑、传递功率大、精度高等特点，被广泛应用于机器人、摄像头等领域。本文将介绍微型行星齿轮传动的设计原理、结构以及设计要点。 设计原理 微型行星齿轮传动采用了星轮、行星轮和太阳轮三个主要组成部分，其中太阳轮为中心轴固定，星轮和行星轮通过齿轮来连接。太阳轮和行星轮的齿轮分别嵌入星轮内部，通过齿轮的啮合来完成传动。 传动的原理可以简单描述为： 1.太阳轮固定，星轮绕太阳轮运动。 2.行星轮位于星轮内部，通过行星轮和齿轮与星轮啮合。 3.行星轮的运动产生旋转力，使星轮绕太阳轮运动。 这种传动方式能够实现高速比，提供较大的扭矩输出，并且具有噪音小、寿命长的优点。
微型行星齿轮传动的结构设计包括星轮、行星轮、太阳轮的尺寸计算以及齿轮 的齿型设计等。 星轮和行星轮 星轮和行星轮一般采用同样的齿数，可以通过下述公式来计算它们的最佳齿数：Z = 6n + 1 其中，Z为齿数，n为正整数。这样的设计能够使得星轮和行星轮的啮合齿数 更均匀，减少侧向力，提高传动效率。 太阳轮 太阳轮的齿数可以通过下述公式计算： Z = 3Z1 + 1 其中，Z为太阳轮的齿数，Z1为星轮和行星轮的齿数。太阳轮的设计要考虑到承载能力和传动效率的平衡，通常选择钢材作为材料。 齿轮齿型设计 齿轮的齿型设计对于传动的平稳性和传动效率具有重要影响。常用的齿轮齿型 包括直齿、斜齿和弧齿等，其中斜齿的设计能够减小齿轮的噪音和震动。
在进行微型行星齿轮传动的设计时，需要注意以下要点： 1.确定传动比。根据设备的需求和工作条件，选择合适的传动比，以满 足输出扭矩和速度的要求。 2.进行载荷分析。根据传动的工作条件和使用环境，进行载荷分析，确 定传动部件的尺寸和材料。 3.进行强度校核。通过应力分析和强度校核，确保传动部件能够承受正 常工作时的载荷。 4.选择适当的润滑方式。微型行星齿轮传动需要进行充分的润滑，以减 小摩擦和磨损，提高传动效率和寿命。 5.进行传动系统的动力学仿真。通过动力学仿真，评估传动系统的性能， 发现并解决潜在的问题。 总结 微型行星齿轮传动是一种非常重要的传动方式，它具有结构紧凑、传递功率大、精度高等特点，在微型机械设备中有广泛的应用。设计微型行星齿轮传动需要考虑齿轮的结构、齿型等因素，并进行合理的设计和校核。在实际应用中，还需要根据具体的工作条件进行调整和优化，以满足设备的要求。
电动越障爬楼轮椅产品介绍 3.项目介绍 3(1项目背景 随着时代的发展～我国已经步入老龄化社会～现有老年人近两亿人～而残疾人也超过8千万人。这是一个庞大特殊的群体～该群体是社会的弱者～需要全社会的关爱～尤其需要一种适合他们心理和生理特征的变通工具。 轮椅是目前残疾人和老年人使用得最多也最方便的交通工具。轮椅使得腿脚不便的残疾人和老年人具有了一定的行动能力。借助于轮椅～他们可以自理生活、料理家务～甚至胜任适当的全日工作。 目前市场上出现的轮椅结构大致相同～分为手动轮椅和电动轮椅两种。手动轮椅大多用手轮圈驱动～电动轮椅则由直流电机带减速箱驱动～摇柄控制。如下图例所示: 图3-1手动轮椅与电动轮椅 由于结构上的缺陷～这些轮椅面对台阶和楼梯等障碍物时只能望而却步～即使有他人辅助要想翻越这些障碍物也非常困难。这种缺陷给残疾人的生活带来了极大的不便～很多残疾人或老年人平时只能够呆在家里。缺少户外活动对残疾人和老年人的生理和心理都会产生相当大的影响～不仅不利于残疾人健康～而且给家人带来了麻烦。
第 1 页共 13 页 图3-2 残疾人面对台阶和楼梯 由于条件的限制～不可能在所有的地方都设臵无障碍设施～而且现有的道路设施也无法改变。因此～解决残疾人与老年人出行难最好的方法就是设计一种既能够像普通轮椅适应平地行走又能够翻越障碍、上下楼梯的轮椅。 3(2 产品简介 Robotchair,电动越障爬楼轮椅,是针对目前轮椅在越障爬楼方面的缺陷而专门设计的～旨在解决残疾人及老年人出行不便的问题。Robotchair采用了独特的机械结构以及智能的电力驱动控制系统～无论是面对台阶或者楼梯Robotchair都能够轻松翻越。残疾人和老年人在使用了Robotchair以后再也不用担心外出的时候碰上障碍～可以像普通人一样自动行动～开始崭新的生活。 Robotchair已经开发到了第四代～每一代都有不同程度的改进～下面是具体的介绍: 第 2 页共 13 页 表3-1 Roborchair研发过程
目录 1 绪论 (1) 1.1楼梯爬升降机在国内外的发展现状 (1) 1.2楼梯爬升降机开发的趋势 (3) 2本课题要研究的问题和采用的研究手段及途径 (3) 2.1本课题研究的问题 (4) 2.2采用的研究手段及途径 (5) 3 楼梯爬升降机的总体设计 (6) 4 楼梯爬升降机的车身设计 (7) 4.1车身形状的设计 (7) 4.1.1车身尺寸 (7) 4.1.2车身形状 (8) 5 楼梯升降机的爬升机构设计 (9) 5.1 爬升机构的尺寸设计 (10) 5.1.1 爬升杆的尺寸设计 (10) 5.1.2导轨的设计 (11) 5.2 爬升机构液压缸的设计 (12) 5.3 爬升机构的连接方式 (12) 6 爬升降机的动力系统和能源系统 (14) 6.1 电动机的选型 (14) 6.1.1液压缸电机的选型 (14) 6.1.2 轴电机的选型 (15) 6.2 电池的选型 (16) 7 楼梯爬升降机的传动系统 (17) 7.1 传动方式的选择 (17) 7.1.1齿轮传动的选择 (17) 7.1.2同步带传动的选择 (18) 7.2 传动系统的校核 (18) 7.2.1轴的校核 (18) 8 控制系统的设计 (21)
本科毕业设计第II 页共II 页 8.1 控制器的选择 (21) 8.2控制流程图 (22) 8.3控制程序编写 (23) 结论 (27) 致谢 (29) 参考文献 (30)
1 引言 随着社会的快速发展，人们的生活水平也得到了大幅度提高。高楼大厦如雨后春笋，拔地而起。人们都高兴地搬进了象征着幸福的“洋楼”。然而，新的问题也随之出现。在老龄化日益加剧的现代，楼梯对于他们来说，已经成为了一种生活负担。 近年来相关的报告也指出，世界老龄化进程逐步加快，在今后的几十年里，七十岁以上的老人所占人口的比例预计会翻一番。由于自然灾害和疾病造成的残障人士也逐年增加。针对这两个特殊人群的医疗和照顾，成为社会和经济发展的巨大压力[1]。 我国还处于发展阶段且人口数目巨大，综合考虑经济条件等多方面因素，多层楼成为既能解决人口住房问题而又能让大众买的起的唯一办法。由于这些楼房中没有电梯，货物搬运成为主要问题。因此，研究多层楼中楼梯爬升问题，成为一种趋势。 1.1 楼梯爬升降机在国内外的发展现状 近年来，随着大众对老年人和残疾人的关注度的提高，国内外的许多公司、大学和研究机构都对楼梯攀爬机构进行了深入研究，并获得了一些成果[2]。但他们研究的问题是如何帮助老人和残疾人解决本身上下楼梯的问题，也就是说他们是在轮椅的基础上进行动力改造，使这些轮椅能够在面对楼梯这样的障碍时能够轻松翻越。目前的爬楼梯的装置主要有：腿足式、履带式、星轮式、复合式和其他方式。他们有各自的优点，当然也存在这一些不足[3]。 （1）腿足式这种方式完全是借鉴人类爬楼梯的方式研究出来的。该方式的主要特点是爬楼动作是一个由腿足完成的不连续过程。在楼梯爬升机的初始设计阶段，Bray 发明制造的爬楼梯轮椅采用的方式就是这种不连续方式。在爬楼过程中，两套支撑装置就像两个腿一样，交替着向上前进。运动轨迹为上升、平移和着陆[3]。随后，日本经过十几年的研究，掌握了较为熟练的技术。如日本本田公司研制的“iFoot”和“iUnit”以及日本早稻田大学的高西淳夫教授和Tmsuk公司共同研究的出的WL-16，就能像人一样随意行走[3][4]。但这些成果仍存在着不少的缺点：由于两个支撑装置交替与地接触，所以承载物的重心时刻都在变化，也就导致了它们的移动速度很慢，控制和机构很复杂，造价相对要高，最终无法达到大面积使用的效果[5]。 （2）履带式该运动方式为：车轮转动带动履带转动，通过履带和地面的摩擦力前