摘要： 为了解决全控式爬楼车工作时振动和冲击较大的问题， 论文提出了一种全控式自平衡爬楼车的 设计。 本设计在爬楼的行星轮中间增加旋转的充气轮， 增加了爬楼车的爬升和缓冲能力， 通过模 型的受力分析， 验证了该设计的可行性； 根据单摆平衡原理增加了自平衡控制， 通过等比缩放模 型的理论计算， 验证了该控制的有效性， 爬楼车重心更加平稳， 减少了振动。 对本设计的实物进 行了测试， 证明了理论推导的准确性。79899

毕业论文关键词： 爬楼车； 全控式； 自平衡控制； 受力分析

Design and Research of a Novel Fully-controlled Self-balance Stairs-climbing    Vehicle

LIU Bing-Chen， SONG Qi-Jiang， LING Zhi-Cheng， JI Peng

（School of Mechanical and Electrical Engineering, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang 150040, China ） Abstract: In order to solve the problem of fully controlled climbing stairs machine's shock and vibration while working, a self-balance fully- controlled stairs-climbing vehicle is designed。 The pneumatic wheel in the middle of the planetary wheels is added to machine for increasing the stair climbing and buffer capacity。 The mechanical analysis on the model prove that the method is practicable。 According to the principle of  simple pendulum's balance, the self-balance control system is added to Machine。 The theoretical analysis on the Geometric model show the control system is effective。 The core of stairs-climbing Vehicle becomes more stable, and the vibration has been reduced。 The prototype of the design has been tested, and the results show the theory is accuracy。

Key words: stairs-climbing vehicle； fully-controlled； self-balance control； mechanical analysis

0  引言

爬楼车是一种具有一定实用意义的家用载物车， 可 适应楼梯和平地两种地形。 目前， 各国关于爬楼车的研 究已有数百年的历史。 在众多设计方案中， 较为有代表 意义的主要有以下几种： 履带式、 行星轮式、 步进式、 仿人式等[1～4]。 其中， 尤以行星轮式爬楼车结构简便， 易 于控制， 是目前众多方案中较为理想的。 然而， 在目前 对行星轮全控式爬楼车的研究中， 并未提出切实有效的 对缓解冲击力的方法。 同时， 现方案中对爬楼车重心调 节方式多靠机械调节， 可靠性有待加强[5～7]。 因此， 本文 设计了一种增加了缓冲轮的全控式爬楼车， 并给出了一 种通过程序控制实现自动化重心调节的方案。 经理论分

修稿日期： 2015－04－24

基金项目： 国家级大学生创新训练项目（201410225080）

作者简介： 刘柄辰（1994-），男，黑龙江绥化人，本科。 主要从事

析和等效模型试验验证， 该方案较为可靠。

1    行星式爬楼车越障原理分析

目前， 行星式爬楼车主要有“ 半控式” 和“ 全控式” 两 种。 “半控式”爬楼车的爬楼能力主要取决于地面所能提 供的摩擦力； 而“ 全控式” 爬楼车的爬楼能力则取决于爬 楼车自身的几何参数。 以下给出两种爬楼车爬楼原理的 分析。

1。1 “半控式” 行星轮爬楼车越障原理分析

由于爬楼车在爬楼过程中速度较低， 因此可以用静 力学知识对爬楼

L

过程中的受力情 G

况 进 行 分 析 [8]。 轮 1

建立如下行星轮

F2 b

越 障 力 学 模 型 ：

α 轮 2

F1、F2   为 电 机 提