表 2.1 常用爬楼机构性能比较

常用爬楼行走机构 优点 缺点

履带式机构 爬楼过程较为连续，重心波动较 小，爬楼过程较为平稳，地形适应 性较强，且结构较为简单，通过性 好，发展较为成熟。 体积较为庞大，重量较重，易损坏 楼体边沿，不适宜在较大倾角的地 方攀爬，但平地行走时运转效率低 下。

腿足式机构

地形适应性很强，运动灵活，良好 的越障能力，应用型较为广泛。 机械结构复杂，控制系统陈本高 昂，算法复杂，且运行效率地，载 重量不大，爬楼过程中重心波动较 大。文献综述

星轮式机构 平地行走时运转效率高，爬楼过程 中，结构简单，控制算法简单，转 向灵活。 结构较为复杂，地形适应性较差， 且在攀爬过程中容易出现打滑的 现象，爬楼过程中重心波动较大。

组合式机构

结合了上述结构的优点，具有更广 泛的适应性，运转效率更高。 由于结合了多种机械结构，故整体 的结构较为复杂，控制算法也相对 复杂，体积较为庞大，重量较重。

2.2 主要结构设计方案的的确定

通过对比以上各种机构及现有的具有上下楼梯功能的轮椅，分析其各自的优势和不足之 处，主要考虑到运动的灵活性、能量的利用率、控制的难易程度、使用的安全性等，最终选 用轮履复合式机构，在平地行驶时，采用普通轮式结构；在上下楼梯时，采用履带式结构， 由直流电机驱动。为了能够实现上下楼梯的功能，参考市面上已有的爬楼机器人和爬楼轮椅 的结构。

之所以选择轮履复合式的结构，主要原因有以下两点：

（1）在上下楼梯时，采用履带式结构。相比行星轮式结构，履带式机构结构简单，效 率较高，而且后者形成连续，运行更加平稳。而且，一组行星轮式机构需要四个电机完成驱 动，而一组履带机构仅需要两个电机即可完成驱动，为了满足轻量化设计的要求，在攀爬楼 梯时采用履带式结构。来`自^优尔论*文-网www.youerw.com

（2）在平地行走时，采用轮式结构。如果在平地行驶时依旧采用履带式结构，由于履 带与地面间的摩擦力比较大，传动效率就会显著下降，而且无法满足平底快速移动的要求。 所以相比较而言，在平地的行驶，主要依靠简单轮式结构，由人力提供小车运动的动力，这 样可以大大简化小车的结构，降低小车的质量，满足轻量化设计的要求。

2.3 总体结构设计方案的确定

确定出用于爬楼及平地行走的主要机构之后，就需要完成便携式自动助力小车的总体设 计方案的设计。参考市面上具有爬楼功能的机器人，如爬楼轮椅等，一般将履带机构布置在 轮椅下部靠近车轮处，在攀爬楼梯时，通过通过电动推杆推动履带底盘，使履带底盘下压一 定的角度，然后由人力将轮椅放置在楼体表面，进而完成履带爬楼的过程，相比轮椅载人的 过程，用小车载物时，需要尽量将小车及货物的重心靠近地面，这样才能保证爬楼小车在盘 爬楼梯过程中的稳定性，不至于因整体重心过高而让小车在爬楼过程中发生侧翻。图 2.1 为 典型的爬楼轮椅。