1.1目的及意义

社会的发展使越来越多的智能系统开始代替人类的体力劳动，而且越来越自动化、智能化。阶梯攀爬服务机器人就是利用机器人的人工智能来实现阶梯攀爬工作，代替未安装电梯的低楼层货物搬运时所需的劳动力，它的使用价值逐渐被人们接受与认可。国外在爬楼梯装置方面的研究已经有一百多年的历史，并设计了多种结构的阶梯攀爬服务机器人，其攀爬的基本结构包括履带式、轮式、足式和复合式。但是它们大多结构复杂、造价昂贵。国内的研究相对较晚，虽然也有很多专利，但由于受到体积、重量、稳定性及安全性的限制，还没有产品真正投入使用。为解决阶梯攀爬服务机器人使用受限的问题，考虑到我国使用者的经济承受能力，笔者研究开发了一种结构简单，造价低廉，具有爬越台阶、楼梯等越障和避障功能的阶梯攀爬服务机器人

1.2阶梯攀爬机器人国内外研究现状及发展趋势

1.2.1国外研究现状

攀爬机器人最初的研究重点主要集中于攀爬机构的研究，在十九世纪末，由美国人 Bray 于 1892 所发明的爬楼梯轮椅是目前公认的最早的具有攀爬能力的设备。进入 20 世纪之后，美国、英国、德国以及日本等国家纷纷开始攀爬机构的研究及制造，并且将部分产品投入市场，相关代表性产品有以下几款：

IBOT 爬楼梯轮椅，是由美国发明家迪恩·卡门所设计的一款能够能辅助腿部残疾人士上、下楼梯的攀爬机器人，该轮椅可在平面以及楼梯状态下前进。攀爬楼梯过程中，IBOT 可将前轮抬起，依靠 4 个后轮交替“攀爬”台阶，IBOT 内置有陀螺仪系统用于检测轮椅与地面之间的夹角确定轮椅在楼梯环境下的姿态倾角，通过程序算法可以实时控制轮椅在攀爬过程中的稳定性。

日本千叶工业大学所设计的专业搜救机器人“木槿”。该机器人采用摆臂式履带结构，通过前、后两对摆臂的摆动实现攀爬或者翻越障碍物的任务。“木槿”机器人顶部携带有红外热敏摄像头，可以快速检测到受困人员被困位置，由于摆臂式结构具有很高的灵活性，使得“木槿”机器人可以快速翻越搜救现场的障碍物，大大缩减了搜救被困人员所需时间。

此外，日本千叶工业大学还研发了另一款同样具有攀爬能力的搜救机器人Quince，与“木槿”机器人一样，Quince 也采用了摆臂式履带结构，不同之处在于其顶部携带有一台小型机械手。Quince 机器人主要应用于意外灾害场合下的救援行动，在工作过程中，Quince 首先通过自身所携带的传感器组确定被困人员所在位置，然后使用机械手清除压在被困人员身上的倒塌物，从而解救出被困人员。

1.2.2国内研究现状