载物爬楼车的主要功能之一就是帮助协助使用者实现载物上下楼梯。对于这种机器人的 研究最早起源于西欧国家。而在对于爬楼运载小车的研究上，国外在这方面的研究已处于世 界的领先水平。相比之下，我国在爬楼机器人上的研究起步较晚，虽然国内的一些相关企业 也自主研发了爬楼车，并有小规模的量产，且价格相对国外产品要低廉很多，但国内企业的 技术略显落后，所生产的爬楼小车在实用及操作性等方面还存在许多不足70119

目前，市面上常见的具有爬楼功能的购物小车，其主要的攀爬楼梯的机构有三种，分别 是履带式，轮式及腿足式机构。

（1）履带式机构 履带式机构的研究和应用相对比较成熟。装置应用的范围比较大，常见的应用履带机构

实现爬楼功能的装置主要有爬楼轮椅等。履带式机构支撑下陷度小，面积大，通过性能好， 地形适应能力较强，越沟、爬坡等性能均优于轮式机构[5]。而且履带式爬楼装置的行走方式 与轮式机构相比更加连续，所以其传动效率较前者高，且由于履带表面上有履齿，所以机构 不易打滑，牵引附着性能好[6]。由英国研制的 Baronmead 履带式爬楼车就是一款典型的履带 机构爬楼车,如图 1.2 所示。

图 1.2 Baronmead 履带式爬楼车

（2）轮式机构 国内外对于一些爬楼梯机器人的研究中，常采用轮式机构，而轮式结构本身也是在陆路

交通中常采用的一种结构，采用这种结构的一个最典型的应用，就是美国研制的会爬楼梯的 轮椅 iBOT3000[7]。

普通轮式机构，具有体积小，结构简单，操控方便，可以实现快速移动的优点，所以， 在普通轮椅及电动轮椅上得到了一定范围的应用。但是，普通轮式机构往往采用的是一对大 轮子作为结构主体，而该种结构在攀爬楼梯或者跨越障碍时，则显得能力不足，而且，即使 可以勉强越障，其重心起伏也会较大，行程并不连续，在面对高宽尺寸不同的楼梯时，适应 性较弱，在攀爬过程中也极易出现载物车车身打滑情况。所以，在一些爬楼梯机构以及具有 越障功能的轮式自动行驶机器人上采用了一种新型行星轮式机构，一组小轮排列在“+”形或 “Y”形，甚至“—”形的行星轮系上，可以实现不同的运动形式，具有平地行走、楼梯攀爬 及翻越障碍等不同功能[8]，前文所提到的 iBOT3000 轮椅，就是采用的这种行星轮式结构,如 图 1.3 所示。

图 1.3 iBOT3000 轮椅

（3）腿足式机构 腿足式爬楼机构首先由西方国家提出并着手研究．经过几十年的发展，腿足式爬楼机构

领域有着长足的进步，逐渐发展成为各类爬楼载机构中稳定性最强，应用最为广泛，但同时 结构也相对最为复杂的爬楼。从结构上讲，腿式机构与人体的生理结构最为接近，所以，从 理论上分析，具有腿足式机构的机械结构应该具有良好的越障能力，而且其适应能力更加广 泛。但是，具有腿式结构的机器人其控制算法比较复杂，而且受自身的限制，其承载力很低， 且效率低下，所以应用的场合并不是十分广泛。由美国 CMU 研制的 Ambler 移动机器人，就是

因为传动效率低，移动速度慢，其应用场合受到了很大限制[9]。图 1.4 为由日本研制的腿型 爬楼载人机器人 WL-16RII。

图 1.4 WL-16RII

除了上述主要的三种形式之外，目前该领域的研究逐步结合上述三种机构的优点，开发 出一些新型的具有爬楼功能的机构，如由美国研制的 the Workpartner 轮腿复合式移动机器人， 结合了腿式机器人灵活性高，轮式机器人平地适应性好的特点，很好的实现了平地行走及上、 下楼梯的功能。又如由加拿大大学研制的轮腿履复合式移动机器人平台 AZIMUT[10]，这种复 合多种结构的移动机器人具有非常好的适应性，可以在复杂的三维环境下完成规定的运动， 同时，其也具备多种运动模式，在遇到不同的障碍时，可以进行相应姿态的转换，实现高效 率的运行