轮履结合便携式自动助力小车设计有限元分析(4)

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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^751论*文-网www.751com.cn

（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。