轮履结合便携式自动助力小车设计有限元分析(3)

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送货人员送水难

虽然市面上已经存在一些相关的爬楼搬运小车，但是均存在一些不足，例如平地行驶效率不高，爬楼过程不平稳等。本课题就是基于以上问题提出的，通过分析市面上已存在爬楼机构的特点，结合各个机构的优点，设计出一款可以同时满足爬楼运载及平地行走两用的便携式自动助力小车，方便相关的快递人员、中老年人及残障人士的使用。

目前，对于具有爬楼功能的机器人的研究已成为机器人研究领域内的热点课题[1]。随着我国人口红利的消失和人口老龄化程度的加剧[2]，这一类的课题也在我国逐渐的兴起。为减轻爬楼载物的劳动量，提高人们的生活质量，对于具有现实开发性的爬楼载物辅助装置的研究也应运而生[3]。因此，为了提高社会的劳动者的工作效率及考虑特殊人群的需求，设计出能同时能够适应多种复杂路况且具有攀爬功能的智能化载物小车已成为当前爬楼机器人领域研究的重点问题[4]。

相较于国外市场上种类繁多的爬楼载物小车，我国市场上的爬楼载物小车的种类略显单一，无法满足诸如快递人员这一类时常需要搬运大型重物的人群的使用需求。而在国内市场上功能较为齐全的爬楼搬运小车价格也十分的昂贵，因此设计出价格较为低廉且可满足爬楼及平地行走两种功能的载物小车具有很大的市场发展前景。

1.2 爬楼载运小车的国内外研究现状

1.3 课题研究主要内容及工作安排

本课题主要根据市面上已存在爬楼载物车的结构，结合相关资料中所介绍的各类爬楼机构的优缺点，设计出一款结构实用易于携带，重量较轻且价格适中的适合快递人员及中老年人使用的爬楼平地两用便携式自动助力小车。论文的主要研究工作从以下几个方面展开，具体工作安排如下：

（1）确定小车的主体结构及主要参数查阅相关资料，对比常用的爬楼机构及平地行走机构的优缺点，选择一种机构作为便携

式自动助力小车的主体机构,设计出小车的大体机械结构并确定小车的具体参数。

（2）设计小车相关部件的结构及尺寸依据主要的参数，确定出小车所需直流电机的具体型号，并依据相关的标准，确定出小

车各个机构部件的相关尺寸，完成相关部件的结构设计及尺寸设计，并应用 SolidWorks 三维建模软件完成便携式自动助力小车的建模，为后续关键零部件的受力分析奠定基础。

（3）主要部件的强度校核

确定出小车在上下楼及平地行走过程中主要的受力部件，应用 ANSYS Workbench 有限元仿真分析软件对关键零部件进行受力分析，完成强度的校核。

（4）电路的硬件设计及软件设计根据直流电机的相关参数，选择出直流电机驱动器的具体型号型号，并完成直流电源的

选型。最后，根据便携式自动助力小车需要实现的具体功能，完成小车控制电路的硬件设计及相应程序的编写。

2 主体方案的设计及主要参数的确定

2.1 主要机构的选型

便携式自动助力小车的关键机构，就是在于可实现爬楼功能的机构。应用何种机构，采用怎样的方式实现爬楼功能，是本课题的重点也是难点之一。国内外对于爬楼机构的研究相对比较成熟[11]。在前期收集资料的过程中，总结出能够实现上下楼梯功能的机构主要有履带式机构、腿式机构及轮式机构，组合式机构等[12]。表2.1总结出了各种常用爬楼机构的优缺点：