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兵工自动化
Ordnance Industry Automation
2019-01
38(1)
doi: 10.7690/bgzdh.2019.01.019
新型载人爬楼梯履带车设计及稳定性分析
徐俊翊，陶卫军，张涵
(南京理工大学机械工程学院，南京210094)
摘要：针对现有的载人履带式爬楼梯轮椅质量大和成本高的缺点，开发一种轮-履复合机构的新型载人爬楼梯履带车。首先设计履带传动机构、轮式切换机构和轮椅搭载调节机构，并搭建运动控制系统。其次，对载人履带车上下楼梯过程中的稳定性进行定量化分析与评价，并通过Matlab进行了仿真分析。在此基础上进行了上下楼梯稳定度仿真与分析、载人爬楼梯过程与力矩测量实验。实验结果表明：在载重75 kg的情况下，爬楼梯履带车能以0.12 m/s 的速度爬上住宅楼梯。
关键词：爬楼梯履带车；轮-履复合；结构设计；控制系统搭建；稳定性分析；仿真与实验
中图分类号：TP15 文献标志码：A
Design and Stability Analysis of New Manned Stair-climbing Wheelchair
Xu Junyi, Tao Weijun, Zhang Han
(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China) Abstract: For the disadvantages of high weight and high cost of the existing tracked stair-climbing wheelchairs, it is necessary to develop a new type of wheel-tracked manned stair-climbing vehicle. Firstly, the tracked transmission mechanism, wheeled switching mechanism, and wheelchair equipped with adjusting mechanism were designed, at the same time its motion control system was established. Then, the quantitative analysis and evaluation on the stability of the manned tracked vehicle climbing up and down the stairs were carried out, and the simulation analysis was carried out by using Matlab. On this basis, carry out up and down stars stability simulation and analysis, and experiment of climbing stairs process and moment measurement test. The experimental results showed that the designed vehicle can climb the house stairs at a speed of 0.12 m/s when the load was 75 kg.
Keywords:stair-climbing crawler; wheel-tracked compound; structure design; control system establishment; stability analysis; simulation and experiment
0 引言
对于一些残障人士以及老年人来说，在没有配置电梯的住宅或活动场所很难实现上下楼梯[1-2]。为了解决这一难题，开发了履带式、轮组式、腿足式三类爬楼梯装置[3-5]。其中，履带式爬楼梯轮椅具有重心波动小、对不同楼梯适应性好等特点，比其他2类爬楼梯装置得到了更好的商业化应用[6]。
针对现有的载人履带式爬楼梯轮椅质量较大和成本较高的缺点，笔者设计一种具有轮-履复合结构的新型爬楼梯履带车，来实现搭载普通轮椅及其使用者上下楼梯功能。
1 机械结构设计
为同时实现爬楼梯和平地行走2种功能，设计履带车底盘和轮-履切换机构如图1所示。为了能够适应性搭载市面上大多数市场的普通轮椅，专门设计了轮椅搭载调节结构。
图1 移动底盘整体结构3维图
1.1 履带车底盘
履带车底盘主要由履带式传动结构和轮-履切换结构组成，其中履带式传动结构布局如图2。履带车传动结构主要由履带电机带动同步带轮，由该同步带传动结构，带动驱动轮转轴，从而带动与转
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收稿日期：2018-11-15；修回日期：2018-12-22
作者简介：徐俊翊(1992—)，男，江苏人，硕士，从事智能机械与机器人应用技术研究。万方数据