全国3D大赛优秀作品---助老助残爬楼梯机器人说明书

全国3D大赛作品助老助残爬楼梯机器人说明书一、产品概述全国3D大赛作品——助老助残爬楼梯机器人，是一款专为老年人和残障人士设计的辅助设备。

本产品设计目的在于提供一种能够方便、安全、高效地帮助他们上下楼梯的解决方案。

通过精密的机械设计和先进的控制系统，本产品能够有效地提升使用者的上下楼梯能力，减轻他们的负担，提高生活质量。

二、产品特点1、安全性：本产品设计首要考虑的是使用者的安全。

采用稳定的机械结构和防滑材料，确保在使用过程中不会发生意外。

同时，设有紧急停止按钮，可在必要时立即停止机器运行。

2、易用性：操作简单，使用者只需轻轻推动控制杆，即可轻松上下楼梯。

同时，设有语音提示功能，引导使用者进行操作。

3、适应性：本产品设计考虑了不同使用者的需求，可以通过调节座椅和脚踏板的位置来适应不同身高和使用者需求。

4、节能性：采用高效电机和节能设计，保证机器在运行过程中的能源消耗最小化。

三、使用方法1、开启：按下开启按钮，机器人将自动识别楼梯并开始运行。

2、操作：推动控制杆来控制机器人的上下移动。

向上推动控制杆，机器人将向上爬楼梯；向下推动控制杆，机器人将向下爬楼梯。

3、停止：在任何时候，按下紧急停止按钮，机器人将立即停止运行。

4、关闭：在完成使用后，按下关闭按钮，机器人将自动返回待机状态。

四、注意事项1、使用前请仔细阅读本说明书，了解机器人的操作方法和注意事项。

2、请在安全环境下使用本产品，避免在潮湿、高温或极寒环境中使用。

3、请勿让儿童或未经训练的人使用本产品，避免发生意外。

4、使用过程中，如遇任何问题或故障，请立即停止使用，并售后服务。

5、在使用结束后，请关闭机器人，以节约能源并延长机器寿命。

五、售后服务我们提供全面的售后服务，包括产品咨询、使用指导、维修保养等。

在使用过程中遇到任何问题，您可以随时我们的客服团队，我们将尽快为您解决问题。

同时，我们也提供定期的保养服务，以确保您的机器始终处于良好的工作状态。

项目设计说明书题目：爬楼梯轮椅设计说明书专业过程装备与控制工程学生姓名班级学号指导教师完成日期2014.01.15《爬楼梯轮椅设计说明》一、概述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，大部分年老体弱者及肢体伤残者都会选择轮椅作为他们的代步工具，并且大都需要家人或护理人员伴随协助轮椅的使用。

然而，普通轮椅无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。

尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。

为了缓解上述弱势群体因为比例显著增加而给社会经济、医疗护理各方面带来的巨大压力，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶以及爬越楼梯障碍两种功能，成为更行之有效、立竿见影的措施。

因此，为了解决上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决楼梯对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适宜、平稳安全的爬楼梯装置具有重大的意义和实用价值。

二、本项目设计的国内外研究、开发、应用和维护现状连续型爬楼梯轮椅工作效率高，爬楼梯的速度较快，间歇型的爬楼梯轮椅因两套支承装置交替支承，爬楼梯的速度一般较慢。

星型轮式爬楼梯轮椅的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高；履带型爬楼梯轮椅的技术比较成熟，传动效率比较高，行走重心波动很小，运动非常平稳，但是运动不够灵活，对楼梯有一定的损坏，这限制了其在日常生活中的推广应用。

国内外尚没有体积小巧、操作简单、价格低廉，适用于居民楼梯和广大残疾人及老年人的爬楼梯轮椅。

尽管iBOT3000那种多功能高智能的轮椅是发展方向，我国“863”等国家计划也支持一些单位研发了具有视觉、声音及语音控制等功能的智能轮椅。

团队编号：3DDSG429团队编号作品名称：助老助残爬楼梯机器人说明书参赛团队：旗舰队目录一背景及研发现状二系统拆分及模具体现数控编程、有限元分析数控编程有限元分析三原理分析、关键技术原理分析关键技术四应用领域及市场前景一1、研发背景研发背景1 目前老龄化严重，给医护护理及子女带来了巨大压力我需高智机务力，我们急需一批高智能化机器人为人服务。

2 城市化加快，平房被楼房所代替，给老人及残疾人带来了巨大挑战。

战3 随着智能化、自动化、先进机构技术不断提高，给智能化爬楼机器人研究带来了巨大挑战楼发展状2、发展现状目前爬楼机器人主要分为三类1 轮式爬楼梯机器人：利用轮或轮传动达到行进和爬行目的的机器人。

其主要为行星式机器人能实现重载且较平稳但自动化程度不高需借助于其主要为行星式机器人，能实现重载，且较平稳。

但自动化程度不高，需借助于附加人力，在自动调节座椅水平方面存在很大缺陷。

2 履带式爬楼梯机器人：利用履带达到行进和爬行目的的机器人。

其能适应不同规格的楼梯，但工作时噪音较大，能量损失较高，对楼梯破坏较重。

3 腿式爬楼梯机器人：利用类似于腿的结构达到行进和爬行目的的机器人。

其能较好的适应不同规格的楼梯，创意新颖。

但目前自动化程度较低，需器人其能较好的适应不同规格的楼梯创意新颖但目前自动化程度较低需借助于附加人力，且座椅不能保持水平状态。

、各爬楼方案总结3、轮式、履带式、腿式爬楼梯机器人虽能实现上下楼功能，但存在以下缺陷：11 动化程度不高，需借助于附加人力。

2 座椅不能时刻保持水平状态，在上下楼过程中，使人感到不舒服。

3 对楼梯破坏较重，噪音较大，能量损失较高。

鉴于此，我们研发如下爬楼机器人。

二 1 系统拆分（1）座椅结构（2）前轮（3）后轮部分（4）探测杆探测杆简图2 模具分析凹模冷却系统凸模整体模具模具正视图3 数控编程编辑页面编辑页面3 数控编程编辑页面代码页面4 有限元分析应应变分析析应力力分分析三结构设计及原理主乘坐机构工作原理：1 车体在爬楼过程中，前轮高后轮低，此时电动推杆1伸张（推杆2保持地的状态使座椅始终保持水持平地的状态）使座椅始终保持水平.2车体在下楼过程中，前轮低后轮高，此时电动推杆2伸张（推杆1保持平地的状态）使座椅始终保持水平.变轮的设计上楼机构----可变轮的设计收缩时的可变轮张开始的可变轮在平路上行走时，可变轮收缩成跟普通轮一样的轮子，可在平稳的路面上行驶。

爬楼梯机器人说明书简介：该项目涉及一种用于搬运重物上下楼梯的机器人，实现上下楼的智能化，该机器人机械系统设计较为巧妙，控制方式灵活，具有较高的技术水平。

可适用于各种工厂、住宅楼的货物搬运。

同时，对载物台稍加人性化设计，便可实现载人上下楼，解决老人和残疾人上下楼问题，具有较大的社会价值和经济价值。

详细介绍：该项目涉及一种用于搬运重物上下楼梯的机器人。

通过倾角传感器控制平衡；通过红外测距传感器增强环境适应性；载物台做水平、竖直运动，重心变化平稳；腿与框架螺栓联接，便于拆卸存放；结构设计合理，体积小，质量轻，便于市场推广。

可适用于各种工厂、住宅楼的货物搬运。

同时，对载物台稍加人性化设计，便可实现载人上下楼，解决老人和残疾人上下楼问题，具有较大的社会价值和经济价值。

作品设计、发明的目的：设计一种智能化程度高、快速、稳定，同时体积小、质量轻、拆装方便、价格低廉、环境适应性强的楼梯运输机器人，解决载重上下楼梯的自动化问题。

基本思路：上楼时先该机器人本体与平行四边形机构用铰链相连六个车轮的直径均为85 mm。

前轮上安装有二个电动机，一个驱动转向另一个驱动小车的前进和后退。

中间轮和后轮上各安装有一个电动机驱动小车前进和后退，四个电动机具有相同的功率。

利用平行四边形变形特点改变与主体相连平行四边形机构的角度可使前车轮、中间车轮分别抬起和落下来实现自适应在楼梯面的爬行。

爬楼梯运动分析经试验在驱动力允许条件下该机器可爬楼梯台阶的高度为40 mm。

爬楼梯过程：首先整车向前运动直到前轮接触台阶，然后前轮越过台阶，这时前车轮机构向上抬起，然后在中间轮和后轮电动机驱动力的作用下前两个轮子越过台阶而中间轮和后轮与台阶始终保持接触当中间两个轮子越过台阶时安装在主体机构上的后车轮在电动机作用下同时爬楼梯台阶楼道、墙面自动吸尘器。

楼道、墙面自动吸尘器本体采用平行四边形机构实现上下楼梯功能爬行速度快、平稳可靠。

转向机构采用传统差速机构增加红外线位置扫描系统实现智能化。

摘要机器人是一门涉及计算机科学、机械、电子、自动控制、人工智能等多个方面的科学。

步行者机器人是一台在四连杆机构的基础上而设计出来的爬楼梯机器人。

它最大的特点是能够始终保持自身重心，实现爬上楼梯的目的，动作稳定，优美。

虽然该作品结构较为简单，但是其中采用了模块化设计，使其可以随时更新、升级（这是现今机电一体化工程中鲜有的设计方法）；使机器不仅能适应不同的楼梯，更可以在不同情况的路面上发挥其作用。

其中利用的仿生学原理使该机器人即使在路况不是很好的情况下也可以稳定的进行工作。

1、进行了较完善和全面的方案设计而后分析论证。

重点分析讨论了其中具有代表性的三个方案。

并从中选取一个作为设计方案。

2、对于机器人运动方式，系统设计及其驱动要求进行了认真仔细的分析，对比和计算校核。

3、针对已定方案的设计计算，进行了实际制作从而验证了机构的可行性。

关键词：机器人爬行台阶第一章机械的功能原理设计1．1 实现功能在当今的人类社会中，在楼房已经成为人类进入现代文明的标志之一的同时，各种各样的爬楼梯机器人也随之而出现。

但现有的设计中，用于爬楼梯的机器人普遍成本较高，结构较为复杂，不适合在日常生活中进行广泛的运用。

而在日常生活中，我们又需要一种成本相对较低且加工简便的爬楼梯机器人为我们服务。

所以我们本次作品的设计从低成本出发，使作品在结构上尽量简化，同时又能满足对爬楼梯这一基本功能的实现（如图1），从而为今后功能多元化拓展提供一个良好的运动平台。

图1 实现爬楼梯功能1．2 原理设计步行者号机器人是以链轮作为传动工具。

运动部分采用了平行四连杆机构。

这个机构的稳定性高，不会出现转弯等现象。

其运动半径为189mm，传动轴每旋转一周直线运动距离为378mm。

在走楼梯时每转一圈跨上两阶台阶。

连杆的长度是由一阶台阶的对角线长度所确定的步行者号的重心设计在机身前部的1/3处，这样设计的特点是能够始终保持自身重心，实现爬上楼梯的目的。

运动过程中的传动比为1:8。

全国3D大赛优秀作品---助老助残爬楼梯说明书本文档涉及附件：1.助老助残爬楼梯设计图纸附件（附件1）2.助老助残爬楼梯电路原理图附件（附件2）3.助老助残爬楼梯程序代码附件（附件3）本文所涉及的法律名词及注释：1.助老助残：指在老年人或残障人士的日常生活中，提供必要的帮助和支持的行为。

2.爬楼梯：指专门设计用于帮助老年人和残障人士在楼梯间自主移动的设备。

3.设计图纸附件：指助老助残爬楼梯的外观设计和结构图纸等相关技术文档。

4.电路原理图附件：指助老助残爬楼梯的电路连接图和电器元件配置图等相关技术文档。

5.程序代码附件：指助老助残爬楼梯的控制程序源代码和算法等相关技术文档。

正文：1.前言1.1 目的1.2 背景2.功能需求2.1 自动识别楼梯2.1.1 传感器选择与布置 2.1.2 楼梯识别算法2.2 自主上下楼梯2.2.1 控制系统设计2.2.2 电机驱动方案2.2.3 安全保护机制3.硬件设计3.1 机械结构设计3.1.1 机身设计与材料选择 3.1.2 悬挂系统设计3.2 电子元件选型与布局3.2.1 电池与电源管理3.2.2 传感器选型与布局 3.2.3 控制器选型与布局 3.3 电路设计3.3.1 电路原理图设计3.3.2 PCB布局设计4.程序设计4.1 控制算法设计4.1.1 楼梯识别算法设计 4.1.2 运动控制算法设计 4.2 界面设计4.2.1 用户界面设计4.2.2 数据显示与操作设计5.测试与验证5.1 功能测试5.2 性能测试5.3 安全测试5.4 用户反馈与改进6.维护与使用说明6.1 常见故障排除方法 6.2 维护保养要点6.3 使用注意事项7.总结与展望7.1 项目总结7.2 未来改进方向。

项目设计说明书题目：爬楼梯轮椅设计说明书专业过程装备与控制工程学生姓名班级学号指导教师完成日期2014.01.15《爬楼梯轮椅设计说明》一、概述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，大部分年老体弱者及肢体伤残者都会选择轮椅作为他们的代步工具，并且大都需要家人或护理人员伴随协助轮椅的使用。

然而，普通轮椅无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。

尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。

为了缓解上述弱势群体因为比例显著增加而给社会经济、医疗护理各方面带来的巨大压力，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶以及爬越楼梯障碍两种功能，成为更行之有效、立竿见影的措施。

因此，为了解决上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决楼梯对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适宜、平稳安全的爬楼梯装置具有重大的意义和实用价值。

二、本项目设计的国内外研究、开发、应用和维护现状连续型爬楼梯轮椅工作效率高，爬楼梯的速度较快，间歇型的爬楼梯轮椅因两套支承装置交替支承，爬楼梯的速度一般较慢。

星型轮式爬楼梯轮椅的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高；履带型爬楼梯轮椅的技术比较成熟，传动效率比较高，行走重心波动很小，运动非常平稳，但是运动不够灵活，对楼梯有一定的损坏，这限制了其在日常生活中的推广应用。

国内外尚没有体积小巧、操作简单、价格低廉，适用于居民楼梯和广大残疾人及老年人的爬楼梯轮椅。

尽管iBOT3000那种多功能高智能的轮椅是发展方向，我国“863”等国家计划也支持一些单位研发了具有视觉、声音及语音控制等功能的智能轮椅。