基于五轮移动载人爬楼梯机器人的技术研究

作     者：程伟 

作者单位：武汉工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴艳阳;胡继文

授予年度：2017年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：爬楼梯机器人 结构设计 运动轨迹规划 运动学建模 运动仿真 

摘      要：伴随中国经济体系的快速成长,高层建筑的数量存在显著的提升,上下楼活动采用的代步电梯,大部分属于实际对角线长度仅有2米左右的窄小种类。对于需要长时间卧床静养的重症以及突发疾病问题,类似于心梗病患等患者,医院提出需要以卧姿的状态运输到医院,而现有的高层住宅大量的电梯无法实现医疗担架的运输功能,使得很多情形中病患若想要以卧姿的方式下楼,仅可通过步行梯抬运来解决。运送环节中或许存在下滑的问题,尽管多数担架具备配套的安全带,但是存在哮喘、心衰等问题的病患不得使用安全带。而平卧又需要静养的病患,在数10层或更高的楼层中完成搬运的难度极高。旧有的轮椅模式难以达到平路行驶以及稳定上下的效果,而当前的爬楼轮椅存在尺寸要求过于严格等问题。对于前述实际存在的问题,设计配套的爬楼梯轮椅机器人,依靠针对目前的爬楼梯设备的特征开展详细的对比论述,参照爬楼梯机器人实际的运动状况而设计对应的行走机构,同时参照行走机构的运动状况而判断对应的腿部结构,进行椅座以及辅助元件的设计活动,以前述的分析作为基础,对于设计开展运动学建模活动,依靠配套的建模活动而对于各方面的运动副的客观规律开展理论推导。随后利用Solid works等软件开展三维模型分析,依靠为其增添配套的约束以及驱动,从而实现运动学仿真的效果,进一步论证其实际的合理性,依靠所获得的数据曲线图而围绕机器人开展配套的分析工作。为后续的深入优化进行了有效的铺垫。在文章的分析过程中,着手设计了新的机器人设备,其能够负担一位成年男性的体重,同时可支持普通道路以及楼梯的稳定运行,也支持在救援环节中变化为担架。实际的设计工作以之前的分析成果为基础,依靠系统的对比论述,进一步设计了新的架构方案。依靠各个机构的有效协作,从而确保机器人可满足设计预期的灵活运动,保持水平的状态进行稳定的上下楼梯活动。参照病患的实际需求,其也可转变为担架的模式方便躺卧。课题设计的机器人在实际的楼梯活动过程中,具备良好的稳定性以及实用性,对提高行动不便老年人的生活有着深远的意义。现行服务机器人契合我国社会成长的客观需要,可以为更多的民众提供更为便捷以及理想的服务,同时为助老、助残活动设计新的处理措施。在一定程度上缓解人口老龄化带来的重大社会服务问题,对促进社会正常有序的协调发展有着极其深远的意义。