摘 要

楼梯一方面为人们的生活提供了便利，但是另一方面也成了人们日常生活中的一大障碍，特别是对于那些腿脚不便的老人和肢体不健全的残疾人而言。一般楼层低于七层的楼房没有电梯，就算是一个正常人，如果要将重物拿到高楼上，那也是一件很麻烦耗体力的事。这就需要一种工具来帮助那些上下楼梯有困难的人，不仅可以帮助人们上下楼梯，而且可以帮助人们来运载货物。两轮全驱爬楼梯机器人就是应用在这样的环境下。

本论文主要是研究两轮全驱爬楼梯机器人的结构设计。根据楼梯尺寸来设计轮组的结构尺寸，确定爬楼梯机器人大致结构，算出所需的功率和转矩，选择出合适的电机，再就依照电机转速设计出减速装置和机构，分别设计各传动机构，查阅相关书籍和相关标准，选择需要的标准件。设计好爬楼梯机器人各部分结构后，进行Solidworks建模，还要进行Adams运动仿真。

关键词：爬楼梯机器人；行星轮系；机构；设计

Abstract

Stairs, on the one hand, provides the convenience for people's life, but on the other hand has become a major obstacle to people's daily life, especially for those legs inconvenience elderly and are not able-bodied persons with disabilities. General floors below the floor of the seven storey building without an elevator, even if it is a normal person, if you want to get a tall building, it is a very troublesome thing to do. This requires a tool to help people who have difficulty up and down the stairs, not only to help people up and down the stairs, but also to help people to carry goods. Two wheel drive stair climbing robot is used in this environment.

In this paper, we mainly study the structure design of the two wheel full drive stair climbing robot. According to the size of the stairs to design the structure size of the wheel group, determine stair climbing robot general structure, calculate the required power and torque, the appropriate motor, again in accordance with the design of the motor speed a deceleration device and mechanism were designed the transmission mechanism, refer to the relevant books and related standards, choose the standard parts. After designing the structure of each part of the stair climbing robot, the Solidworks model is modeled, and the Adams motion simulation is carried out.

Keywords:Stair climbing robot; planetary gear ;mechanism;Designing

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究目的和意义 4

1.4 研究的主要内容 5

第2章 爬楼梯机器人结构设计 6

2.1 爬楼梯机器人总体方案设计 6

2.2 爬楼机器人各机构的设计 7

2.2.1 传动机构设计 7

2.2.2 轮组部分设计 9

2.2.3 爬楼梯机器人参数 10

2.2.4 爬楼梯机器人电机选择 10

2.2.5减速机构的确定 15

2.2.6 齿轮及蜗轮蜗杆设计 16

2.2.7中心轴的设计和强度计算 18

2.2.8 车架设计及标准件选择 20

2.3 本章小结 21

第3章 控制系统设计和电池选择 23

3.1 控制系统设计 23

3.1.1 红外测距传感器的选择 23

3.1.2 倾角传感器的选择 24

3.2 电池选择 25

3.3 本章小结 26

第4章 行驶性能分析 27

4.1 可翻越楼梯最大高度和最小宽度 27

4.2 最小转弯半径和侵占宽度 27

4.3 Adams运动仿真 28

4.4 本章小结 28

第五章 总结 29

致 谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1 研究的背景

机器人一词，对于二十一世纪的我们已经不陌生了，不知不觉中，机器人已经慢慢渗透和融入我们生活中了。在工业制造领域，机器人已经成为了不可或缺的一部分，在过去十几年里，95%的机器人都是应用在工业制造领域，现在，机器人已经向各个领域开始进军^[1]。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明^[2]。

尽管现在机器人应用得很广泛，但是这些机器人依旧有很大的局限性，只能在一些特定的或者简单的环境下工作，比如平地呀轨道呀等，对于像楼梯和山地崎岖路况环境下，许多机器人就无法运行工作了。在我国，城镇住房基本上都是楼房，而在农村，除了一小部分是平房，只有一层外，也都是楼房。而且，我国山地面积占了总面积的59%，崎岖路况也就占了很大一部分^[3]。在这些环境下，许多机器人是无法正常工作的。但是许多情况下，就要求机器人可以在这些环境下工作，在这方面，我国这类机器人还有很大的发展空间。

随着经济的发展，科学的进步，社会制度的改进，医疗设施的完善，人们的生活水平大弧度提高，平均寿命也增加了许多。但是，这也导致了一个很严重的社会问题，我国人口朝着老龄化发展^[4]。截至2014年底，我国60岁以上老年人口已经达到2.12亿，占总人口的15.5%。据预测，本世纪中叶老年人口数量将达到峰值，超过4亿，届时每3人中就会有一个老年人。未来几十年里，老龄化浪潮将会席卷中国，60岁以上老年人口所占比例将会迅速提高，预计2015年，这一比例将达到15％，2012年和2013年是中国人口老龄化发展中形成的第一个老年人口增长高峰。2005年，相对每100名适龄工作成年人，仅有16名中国老年人。这一老年抚养比到2025年将会翻番到32％，到2050年会再翻一翻，达到61％。到2050年时，将会有4.38亿中国人年龄达到或超过60岁^[5]。