摘 要

随着电子商务与线上销售模式的兴起和发展，快递逐渐成为人们日常生活中必不可少的一部分，而其运输效率的高低也成为人们关心的主要话题，为了提高运输效率，无人送货机器人已成为目前研究的一大热点。而在实现真正的无人送货上门的过程中，普通的配送小车都不具有攀爬楼梯、翻越障碍的功能。为此，本文提出了一种轮腿复合式爬楼小车，并对其进行了设计和分析。该车在平地时如正常小车一样依靠轮驱动车体前进，进入爬楼模式后依靠伸缩杆和轮部的配合实现爬楼动作。

本文首先对爬楼机构的整体框架进行了设计，并根据实际情况对各组成构件进行了选型；其次对小车的上楼动作经行了规划，并通过admas软件验证了此上楼过程中小车的稳定性，随后对小车重要结构进行了有限元仿真，验证小车在平地运动以及上楼运动时结构的可靠性，最后对本方案的经济性与环保性进行了简要分析

关键词：轮腿复合；爬楼小车；ADMAS仿真；静力学分析

Abstract

With the rise and development of e-commerce and online sales models, express delivery has gradually become an indispensable part of people's daily lives, and the level of transportation efficiency has become a major concern for people. In order to improve transport efficiency, Unmanned Delivery robots have become a major focus of current research. In the process of realizing the unmanned delivery of goods, the ordinary delivery carts do not have the function of climbing stairs and the obstacles. In response to this problem, this paper proposes a wheel-and-leg composite climbing cart and Designed and analyzed it. The car relies on the wheel-driven body like a normal car when it is on the flat ground. After entering the stair-climbing mode, it relies on the cooperation of the telescopic rod and the wheel to achieve the climbing-up action.

Firstly, this paper designs the whole framework of the stair climbing mechanism, and selects the components according to the actual situation; secondly, it plans the upstairs movement of the trolley, and verifies the trolley in the process of going upstairs through admas software. The stability of the car was followed by a finite element simulation of the important structure of the car to verify the reliability of the structure of the car during the flat ground movement and upstairs movement. Finally, the economic and environmental protection of the car was analyzed briefly.

Key Words：Leg-wheel；Stair-climbing；ADMAS simulation；static analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1载物爬楼机 3

1.2.2载人爬楼机 3

1.3论文主要研究内容及工作安排 8

第2章 腿轮复合式爬楼装置结构设计及分析 10

2.1 引言 10

2.2 腿部机构设计 10

2.2.1 腿机构驱动方式选择 10

2.2.2电动推杆型号选择 10

2.3 驱动轮机构设计 12

2.4从动轮结构设计 13

2.5 配送小车尺寸设计 14

2.5.1 整体框架设计 14

2.5.2轮间距设计 15

2.5.3 控制系统布置 16

2.6机构整体形状 16

2.7机构整体重量 16

第3章 配送小车运动轨迹 18

3.1 配送小车爬楼运动轨迹 18

3.2配送小车转向运动轨迹 21

第4章 配送小车静力学分析 22

4.1 上板静力学分析 22

4.1.1平地运动状态进行受力分析 22

4.2.2 爬楼过程中上板受力 23

4.2螺栓连接处静力学分析 24

4.2.1螺栓连接的失效形式与计算准则 24

4.2.2受预紧力和轴向工作载荷的紧螺栓连接 24

4.3倾覆情况分析 25

第5章 配送小车运动分析 28

5.1 ADAMS简介 28

5.2 配送小车虚拟样机建立 28

5.3 仿真结果分析 31

第6章 经济性与环保性分析 37

第7章 总结 38

参考文献 39

致 谢 41

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

2017年，全国快递量突破400亿件，同比增长28%，意味着国内快递包裹分发已经进入日均一亿的时代^[1]。但中国电商的繁荣以及为消费者所带来的便利，很大程度上是建立在巨大的人力成本上。中国物流成本占GDP的20%，但美国可能只有我们的一半，且根据相关数据显示，在未来三四年还可能翻倍。

从这角度考虑，为了能提高快递行业的核心竞争力，发展智能化产业而不是劳动密集型产业，许多快递企业加大科研投入，向科技公司转型，智能无人物流仓库、绿色物流、无人机，大数据等技术运用，在对快递行业进行深入的改造。而在目前中国物流行业成本最高的环节，并不是开车司机，仓储管理，而是最后一公里的一线快递员，2017年快递相关的从业人员中一线快递员占了总体一半以上，招聘快递员的费用极大的增加了快递运输的成本。

因此，如果把一线快递员无人化，快递企业的经济效益会显著提升，因此无人物流服务成为了研究的重点，无人车、无人机、无人仓、无人站、配送机器人等“无人科技”正成为电商、外卖、物流的新宠儿，在新技术的重构下，“低头下订单，抬头收快递”的生活方式成为可能。无人机解决偏远山村地区配送的最后一公里、无人车解决城市最后一公里、配送机器人深入园区楼宇，根据不同环境匹配不同的解决方案进行批量送货，提升配送效率。这是智慧物流走出无人仓后的实践，也是现阶段所能达到的无人配送，而无人配送的终极目标是，改造传统的物流体系架构，彻底实现智慧物流下的无人运作^[2].

无人配送领域走得最早的是亚马逊，2013年它便提出无人机送货计划，三年后开发出的Prime Air带着爆米花给客户送了第一单。在国内京东，苏宁，阿里也紧跟步伐，京东无人配送小车已经在北京一些高校试运行，阿里自己研发的末端配送机器人小G已经运营了一年多，室外长距离运输版小G plus和室内版小G2代也在进行一定规模的量产。

而在为了真正实现送货上门，楼梯、台阶成为了主要的障碍之一，由于中国楼房的电梯普及率较低，在中小城市仍然存在着大量未安装电梯的中小层楼房，这就对快递运输的最后一米带来了一定困难，因此为无人配送小车设计出一个平稳的，高速的，适应性强的能灵巧翻越楼梯的集光机电一体爬楼机构尤为重要。