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世界上爬楼梯轮椅的研究已有近百年的历史，国内外现有的爬楼梯装置和专利种类众多，不同的爬楼装置适用于不同的环境和条件，各有利弊。按照爬楼梯装置的执行机构的类型，可以将其大致归为四大类：轮组式、履带式、腿足式和其他辅助装置[3]。下面对各种类型装置作简要介绍，并分析各自优缺点。61612
1 星型轮组式爬楼梯轮椅
星型轮组式爬楼梯轮椅的爬楼梯机构由均匀分别在“Y”形或“+”字形系杆上的若干个小轮构成。各个小轮既可以绕着各自的轴线自转，又可以随着系杆一起绕中心轴公转。在平地行走时，任意两小轮着地，轮组不翻转，靠各小轮自转驱动轮椅前进；而在爬楼梯时，轮组翻转，各小轮一起公转，依次攀登楼梯，从而实现爬楼梯的功能[4]。按单个轮组中使用的小轮数量可将其分为两轮组式、三轮组式和四轮组式（如图1.1），按轮椅所使用的轮组的对数又可将其分为单轮组式和双轮组式。单轮组式是指装置中仅仅使用了一对轮组；而双轮组式是指在装置的前后分别使用了一对轮组。美国发明家Dean Kamen发明了一种能够自动调节重心的两轮组式轮椅iBOT3000（简称iBOT）（如图1.1.a）,它有6个轮子，前面有一对直径10cm的实心脚轮，后面有两对直径为30cm的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。iBOT几乎能够适用于所有楼梯，是目前该领域中性能最高的产品，但是售价在3万美元左右，难以被普通使用者接受[5]。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平教授等人借鉴了iBOT3000的爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼装置，设计了一种双联星形机构的电动爬楼梯轮椅。但是它不能独立完成爬楼梯动作，需要人工辅助调节重心。
图1.1 轮组式爬楼电动轮椅
轮组式爬楼机构的主要特点是：适用范围广，运动灵活，操作方便，但是上下楼过程中存在冲击振动，重心波动大，平稳性差，需要复杂的平衡机制和安全保护机构才能平稳运行，而且随着星型轮组的增多，轮椅体积也会变大，难以在普通住宅得到实施和推广[6]。
2 腿足式爬楼梯轮椅
从理论上讲，腿足式（步行式）移动机构模仿人或动物的行走机理，用腿脚走路。它不仅能在平地上行走，而且能在凹凸不平的地面上行走，甚至可以跨越障碍，上下台阶，对环境的适应性强，智能程度相对较高，具有独特的优越性能。但是腿式移动机构往往具有复杂的机械结构，并且其运动学和动力学模型复杂，控制难度很大，难以实现稳定平稳的行走[7]。早期的爬楼梯轮椅大多采用这种移动机构，由两套支承装置交替支承实现上下楼梯的功能。1892年Bray发明的第一台爬楼梯轮椅就采用了这种方式。在爬楼梯时，先用其中一套支承装置支撑并抬高轮椅及另一套支撑装置，然后另一套支撑系统前移到台阶上，在台阶上停稳后，整个轮椅重心移到该支撑装置上，先前那套装置则收回，如此循环，直到爬完整段楼梯为止[8]。
图1.2是以一种两足步行机器人，代号为“WL-16RIII”。“WL-16R”是由日本早稻田大学教授高西淳夫等人研制开发的第一款实现载人步行的机器人，它采用了6自由度连杆机构，自由度较少，且不具备膝关节，因此活动范围有限。随后改进的“WL-16RII”则具备上下楼梯的功能[9]。图示的“WL-16RIII”是早稻田大学理工学院与日本机器人开发风险企业Tmsuk联合开发，它由4条机械腿构成其行走机构，每条机械腿都可向前、后、侧面移动，其相关位置都装有陀螺仪和压力传感器，可以随时调整机器人的状态，保证机器人的可靠性和使用者的安全性，但是其操作非常复杂，对使用者有一定的要求[10]。