爬楼梯机器人

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一种爬楼机器人

一种爬梯机械人的设计[摘要]在日常生活和生产中经常要将重物搬上楼梯，传统的方法基本是靠人力搬运完成，有时由于重物太重或人手不足而无法搬运，本课题就是为克服这个难题而设计的。

本论文主要对爬楼机器人星型轮的传动机构及控制系统进行详细设计。

首先介绍了国内外爬楼机器人研究现状，阐明本课题研究的目的、意义。

然后进一步介绍了本爬楼机器人总体结构。

在深入分析爬楼机构及其攀爬对象的基础上，设计了相对优势较明显的轮组结构爬楼机器人。

对机器人小车的运动学模型进行分析，论证小车实现任意曲线运动所包含的自转、直线前进、圆弧前进三个基本运动单元的可行性。

引入虚拟样机技术，通过Pro/Engineer三维建模并进行模拟运动仿真。

文章最后研究设计了在各种环境下，以单片机 C8051F310 为核心的爬楼控制系统。

在控制系统中，采用超声波传感器的对称排列，获取了自主上楼梯所必须地两个关键参数θ和 q；对驱动大功率电机的电路进行分析，设计了更适合大功率，更安全的电机驱动电路，直流马达配合高功率MOSFETⅡ型驱动器。

关键词：爬楼机器人；三星轮； MOSFET驱动电路；单片机 C8051F310AbstractMoving weight from up and down is required in our daily activities and productivities, and it was done by hand. While it is too heavy or short –handed to finished in some times. This thesis is designed to overcome the obstacles and it gives a detailed designing on transmission device and control system of star-like wheel of stair-climbing robot. Firstly ,it introduced a current situation of stair-climbing robot at home and abroad, clarified the purposes and meanings, introduced a overall structure of stair-climbing robot.After deeply analysis the stair-climbing frame and the object, designed a wheelsets stair-climbing robot with more advantages than others . Analyzed the kinematics model of the robot car,and demonstrate the available of achieving any curve movement with the rotation, straight forward, and arc forward . Robot can achieve track controlling based on speed matching. With the aid of virtual prototyping technology, through the 3D software of Solid Works, the dynamic analysis of the stair-climbing robot is carried out in ADAMS. At last, the thesis design the controller system with the core of C8051F310 based on rule environment ，In the control system, with the help of arranged ultrasonic sensors, get the two key parameters θ and q which import for climbing staircase Analyzed the circuit of high-power motor driving, design a more suitable circuit than IC L298N.Which is dc generator with highly efficient driving MOSFETⅡ.Key words：Stair-climbing robot；Three–star wheels；MOSFET driving circuit；Single chip microcomputer C8051F310II目录[摘要] ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I Abstract ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ II 第一章引言 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 1.1 课题研究的目的和意义 ------------------------------------------------------------------------------------------ 1 1.2 移动机器人的发展概况 ------------------------------------------------------------------------------------------ 1 1.3 爬楼梯机器人目前的研究状况--------------------------------------------------------------------------------- 4 1.4 论文研究的主要内容---------------------------------------------------------------------------------------------- 6第二章爬楼机器人的总体设计 ---------------------------------------------------------------------------------------- 8 2.1 爬楼机器人的设计要求 ------------------------------------------------------------------------------------------ 8 2.2 爬楼机器人的总体方案 ------------------------------------------------------------------------------------------ 8第三章爬楼机器人传动、轮组及转向机构设计 --------------------------------------------------------------- 11 3.1爬楼梯机器人小车的执行电机选择------------------------------------------------------------------------- 113.1.1技术指标------------------------------------------------------------------------------------------------------ 113.1.2电机选型 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 3.2爬楼机器人的机构设计 ----------------------------------------------------------------------------------------- 133.2.1 机器人小车传动机构设计 ------------------------------------------------------------------------------- 133.2.2传动部件的设计与校核 ----------------------------------------------------------------------------------- 153.2.3爬楼机器人转向机构设计 -------------------------------------------------------------------------------- 193.2.4机器人小车结构设计--------------------------------------------------------------------------------------- 20 3.3爬楼机器人小车三维实体建模 ------------------------------------------------------------------------------- 223.3.1 Pro/E软件介绍 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 223.3.2三维实体建模------------------------------------------------------------------------------------------------- 22 3.4 爬楼机器人小车行驶性能分析------------------------------------------------------------------------------- 233.4.1可跨越最大垂直障碍高度 -------------------------------------------------------------------------------- 233.4.2最小转弯半径------------------------------------------------------------------------------------------------- 24第四章爬楼机器人控制系统设计----------------------------------------------------------------------------------- 26 4.1 机器人爬楼梯的控制目标 ------------------------------------------------------------------------------------- 26 4.2 机器人的体系结构及系统组成------------------------------------------------------------------------------- 26 4.3控制系统主要硬件的选择 -------------------------------------------------------------------------------------- 284.3.1单片机的选型------------------------------------------------------------------------------------------------- 284.3.2传感器的选择------------------------------------------------------------------------------------------------- 29 4.4机器人控制系统的程序编制----------------------------------------------------------------------------------- 31第五章总结与展望 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 385.1全文总结------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38 5.2展望 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38致谢 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- III 参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- IV第一章引言自盘古开天辟地，人类诞生以来，人们就一直用智慧开辟着完美的生活！进入新的21世纪，人类除了致力于自身的发展外，还十分关注机器人、外星人和克隆人等问题。

全国3D大赛作品助老助残爬楼梯机器人说明书

全国3D大赛作品助老助残爬楼梯机器人说明书一、产品概述全国3D大赛作品——助老助残爬楼梯机器人，是一款专为老年人和残障人士设计的辅助设备。

本产品设计目的在于提供一种能够方便、安全、高效地帮助他们上下楼梯的解决方案。

通过精密的机械设计和先进的控制系统，本产品能够有效地提升使用者的上下楼梯能力，减轻他们的负担，提高生活质量。

二、产品特点1、安全性：本产品设计首要考虑的是使用者的安全。

采用稳定的机械结构和防滑材料，确保在使用过程中不会发生意外。

同时，设有紧急停止按钮，可在必要时立即停止机器运行。

2、易用性：操作简单，使用者只需轻轻推动控制杆，即可轻松上下楼梯。

同时，设有语音提示功能，引导使用者进行操作。

3、适应性：本产品设计考虑了不同使用者的需求，可以通过调节座椅和脚踏板的位置来适应不同身高和使用者需求。

4、节能性：采用高效电机和节能设计，保证机器在运行过程中的能源消耗最小化。

三、使用方法1、开启：按下开启按钮，机器人将自动识别楼梯并开始运行。

2、操作：推动控制杆来控制机器人的上下移动。

向上推动控制杆，机器人将向上爬楼梯；向下推动控制杆，机器人将向下爬楼梯。

3、停止：在任何时候，按下紧急停止按钮，机器人将立即停止运行。

4、关闭：在完成使用后，按下关闭按钮，机器人将自动返回待机状态。

四、注意事项1、使用前请仔细阅读本说明书，了解机器人的操作方法和注意事项。

2、请在安全环境下使用本产品，避免在潮湿、高温或极寒环境中使用。

3、请勿让儿童或未经训练的人使用本产品，避免发生意外。

4、使用过程中，如遇任何问题或故障，请立即停止使用，并售后服务。

5、在使用结束后，请关闭机器人，以节约能源并延长机器寿命。

五、售后服务我们提供全面的售后服务，包括产品咨询、使用指导、维修保养等。

在使用过程中遇到任何问题，您可以随时我们的客服团队，我们将尽快为您解决问题。

同时，我们也提供定期的保养服务，以确保您的机器始终处于良好的工作状态。

爬楼梯机器人设计

爬楼梯机器人设计摘要机器人是一门涉及计算机科学、机械、电子、自动控制、人工智能等多个方面的科学。

步行者机器人是一台在四连杆机构的基础上而设计出来的爬楼梯机器人。

它最大的特点是能够始终保持自身重心，实现爬上楼梯的目的，动作稳定，优美。

虽然该作品结构较为简单，但是其中采用了模块化设计，使其可以随时更新、升级（这是现今机电一体化工程中鲜有的设计方法）；使机器不仅能适应不同的楼梯，更可以在不同情况的路面上发挥其作用。

其中利用的仿生学原理使该机器人即使在路况不是很好的情况下也可以稳定的进行工作。

1、进行了较完善和全面的方案设计而后分析论证。

重点分析讨论了其中具有代表性的三个方案。

并从中选取一个作为设计方案。

2、对于机器人运动方式，系统设计及其驱动要求进行了认真仔细的分析，对比和计算校核。

3、针对已定方案的设计计算，进行了实际制作从而验证了机构的可行性。

关键词：机器人爬行台阶目录前言 (1)第一章机械的功能原理设计1．1 实现功能 (2)1．2 原理设计 (2)第二章运动方案设计分析2．1 方案设计 (3)2．1．1 方案一 (3)2．1．2 方案二 (3)2．1．3 方案三 (3)2．2 方案的对比和分析 (4)第三章零件的选定与基本计算3．1 材料选取与电机选取 (4)3．2 驱动系统技术参数的计算 (5)3．2．1 功率的计算 (5)3．2．2 死点位置的计算与处理 (6)第四章制作与改进4．1 制作过程遇到的问题及改进方案 (7)4．2 调试及改进结果 (7)4．3机械运动方案图 (9)第五章总结5．1总结和设计制作感受 (10)参考文献及相关网址 (11)前言在一个学期的《机械原理》课程学习中，我们学到了有关机械原理的基本概念、基本理论和基本方法。

老师授课深入浅出，很适合我们学习专业课的认识规律，便于我们理解和掌握，在整个课程的学习中取得了良好的效果和成绩。

通过一个学期的学习，我们有了基本的机构分析方面的能力，包括机构结构分析、运动分析、力分析和动力学分析。

爬楼机器人原理

爬楼机器人原理一、引言随着科技的不断进步和人们对于生活品质的要求提高，爬楼机器人应运而生。

爬楼机器人是一种能够沿着垂直表面爬升的机器人，可以在高楼大厦等场所执行各种任务，如清洁窗户、维修管道等。

本文将介绍爬楼机器人的原理以及其工作方式。

二、爬楼机器人的原理爬楼机器人的原理主要基于两个方面：附着力和移动方式。

1. 附着力爬楼机器人的附着力是指机器人能够稳定地与垂直表面接触，以防止在爬升过程中的滑动或脱落。

现有的爬楼机器人通常采用以下几种附着力原理：a) 吸盘附着力原理：机器人通过使用吸盘在表面上产生负压，以增加与垂直表面的接触力，从而保持稳定的附着力。

b) 磁性附着力原理：机器人通过使用磁性材料与垂直表面产生吸引力，以实现稳定的附着力。

c) 静电附着力原理：机器人通过携带带电物质，使其与垂直表面产生静电作用力，以保持稳定的附着力。

2. 移动方式爬楼机器人的移动方式一般分为两种：轮式移动和腿式移动。

a) 轮式移动：轮式移动是一种常见的移动方式，机器人通过安装轮子，以滚动的方式在垂直表面上行走。

轮式移动具有简单、稳定的特点，但受到表面粗糙度的限制。

b) 腿式移动：腿式移动是一种仿生学的移动方式，机器人通过模仿昆虫的步态，在垂直表面上使用多个腿部进行爬升。

腿式移动具有较好的适应性和灵活性，可以适应复杂的表面条件。

三、爬楼机器人的工作方式爬楼机器人的工作方式可以分为以下几个步骤：1. 附着爬升准备：爬楼机器人在执行任务前需要判断表面的条件，选择合适的附着力方式来保持稳定。

例如，如果表面光滑，可以选择使用吸盘附着力原理；如果表面具有磁性，可以选择磁性附着力原理。

2. 附着爬升：机器人利用附着力原理，稳定地附着在垂直表面上，并开始进行爬升。

在此过程中，机器人需要动态地调整附着力，并确保稳定的接触面积。

3. 导航与控制：爬楼机器人通常配备有导航与控制系统，可以通过传感器获取周围环境信息，并根据任务要求进行准确的导航和控制。

管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析

虽然串联机器人动力学特性及结构优化设计已经取得了许多重要成果，但仍然存在许多研究方向值得进一步探索。例如，如何建立更加精确、高效的动力学模型，以满足实时控制的需求；如何将新型优化算法应用于结构优化设计中，以获得更好的优化效果；如何提高机器人的柔性和自适应性，以适应更加复杂和动态的环境等。
此外，随着和机器学习技术的快速发展，这些技术也开始被应用于串联机器人的设计和控制中。例如，通过机器学习方法，可以实现对机器人的自适应控制、故障诊断和维护等。这为串联机器人的进一步发展提供了新的机遇和挑战。
因此，在未来的研究中，可以综合考虑这两种方法，设计一种混合式的控制策略，以实现机器人在不同条件下的稳定攀爬。此外，还可以进一步研究机器人感知和决策等方面的技术，以提高机器人在复杂环境中的自主能力。
感谢观看
控制算法
管道攀爬机器人的控制算法包括位姿估计、轨迹跟踪等。位姿估计是指对机器人在管道中的位置和姿态进行估计，通过对传感器数据的处理和分析来实现。轨迹跟踪是指根据位姿估计结果，控制机器人按照预设的轨迹行走，通过对电机进行控制来实现。
在控制算法的设计过程中，需要考虑机器人的作业效率和安全性。为了提高作业效率，需要缩短位姿估计的时间，提高轨迹跟踪的精度。为了确保安全性，需要加入防抖动和异常情况处理等功能，以避免机器人在行走过程中出现问题。
爬杆机器人是一种能够在垂直杆上自主攀爬的机器人，这种机器人在电力线路巡检、救援、建筑等领域有广泛的应用前景。然而，要实现机器人的自主攀爬，需要解决一系列的关键问题，包括对环境的感知、运动规划、控制策略等方面。在本次演示中，我们将重点探讨爬杆机器人的攀爬控制。
机器人攀爬控制是实现自主攀爬的关键技术之一。在攀爬过程中，机器人需要通过对环境的感知，获取关于杆子位置、姿态等信息，再根据这些信息调整自身的运动状态，实现稳定的攀爬。在这个过程中，控制算法起着至关重要的作用。

03052007089+王锐+爬楼机器人运动学、动力学分析及遥控装置的设计

二、构思符合要求的越野小车
滚翻式
缺点：控制复杂转换环节太多
端举式
缺点：越障高度有限行进与越障转换慢
背跃式
缺点：速度慢重心高，不稳定
三、最优方案
行星轮式
行星齿轮功能图：
行星轮式当在平地行进时，动齿轮通过惰轮驱动顶端齿轮，顶端齿轮与其连接的车轮一起转动，从而带动小车前进。当小车遇上台阶时，由于台阶与车轮的摩擦力，行星轮的齿轮系都被锁住，无法转动，这时整个行星轮板在中心齿轮的驱动下，变成一个类轮机构转动，. 星型轮的模型仿真 2. 带变速箱的双联电机的模型 3. 整车运动的模型仿真
行星轮模型整体主视图如下：
行星轮内部结构图：
带变速箱的双联电机的模型
传动齿轮组
整车模型仿真俯视图:
汇报完毕不足之处请各位教员批评指正谢谢！
四、机械设计分为以下三个部分
（一）带变速箱的双联电机设计（二）星型轮的设计（三）车体底盘和车轮的设计
（一）、带变速器的双联电机设计
1. 选择合适的微电机{
转矩转速小车速度
2. 设计减速器齿轮传动{ 电机转速 3. 设计各个传动零部件{ 4. 校核齿轮和轴{
强度校核疲劳校核轴的设计齿轮的设计
爬楼梯机器人运动学、动力学分析
指导教员：李玉亮胡立明汇报人：王锐学号：03052007089 同组成员: 张鑫
设计内容
1. 分析爬楼梯机器人原理 2. 构思符合要求的爬楼梯机器人 3. 选择最优设计方案 4. 机械设计 5. 模型仿真
一、分析爬楼梯机器人原理
这种机器人实现越野主要体现在爬上一定高度的楼梯．由分析研究得出以下结论：在相同重量和台阶高度及摩擦系数的条件小车的车轮直径较大的，下，小车的车轮直径较大的，比较容易爬上台阶。

RB-D01型双层轨道式爬壁移动机器人说明书解读

前言随着经济的发展，人们对于石油、化工原料、核反应堆等的需求量逐步增加，造成储存这些产品的立式油罐的容积越来越大，也越来越高，如果采用人工来完成立式油罐的容积测量、厚度测量、焊缝探伤检查、喷漆、清洁等外围作业显然耗时费力费财，已然成为一项危险作业，而且核反应堆具有辐射，对人体危害极大，在这种背景下，人类迫切需要开发一台代替人工作业的自动化机械来完成这些任务，既可以解放劳动力，提高工作效率，降低任务成本，而且任务执行精确、到位。

故爬壁机器人应运而生。

近几年来，机器人在各个领域中得到广泛的应用和发展。

其中，爬壁机器人是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人，它作为高空极限作业的一种自动机械装置，越来越受到人们的重视。

概括起来，爬壁机器人主要用于：(1)核工业：对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等；(2)石化企业：对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐；(3)建筑行业：喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等；(4)消防部门：用于传递救援物资，进行救援工作；(5)造船业：用于喷涂船体的内外壁等。

在机械技术发达的国家已经采取了爬壁机器人作为他们完成油罐外围各项工作的首选工具。

比如日本足式磁吸附壁面移动机器人；美国的C-Bot壁面爬行机器人等。

爬壁移动机器人的出现将极大的降低油罐外围任务的成本、工人的劳动强度、安全性，同时提高工作效率，带来相当大的社会效益和经济效益，而且远程无线式控制将成为主流趋势。

因此，移动爬壁机器人的设计和研究有相当好的发展前景。

针对石化核能源企业的现实需求，我认为，爬壁移动式机器人最起码的功能应该有以下几点：1、机器人可沿金属（大多数）、水泥等罐壁垂直爬升和下降；2、可以在任意的某一位置停留，保证执行机构的工作环境；3、罐体表面工作时可以全覆盖；4、采用远程控制，保证用户的安全并最大程度的方便用户。

5、机器人自身带电源，因为使用线缆供电时，线缆容易绞缠、错乱和布置较慢等弊端凸显。

爬楼梯机器人说明书

爬楼梯机器人说明书简介：该项目涉及一种用于搬运重物上下楼梯的机器人，实现上下楼的智能化，该机器人机械系统设计较为巧妙，控制方式灵活，具有较高的技术水平。

可适用于各种工厂、住宅楼的货物搬运。

同时，对载物台稍加人性化设计，便可实现载人上下楼，解决老人和残疾人上下楼问题，具有较大的社会价值和经济价值。

详细介绍：该项目涉及一种用于搬运重物上下楼梯的机器人。

通过倾角传感器控制平衡；通过红外测距传感器增强环境适应性；载物台做水平、竖直运动，重心变化平稳；腿与框架螺栓联接，便于拆卸存放；结构设计合理，体积小，质量轻，便于市场推广。

可适用于各种工厂、住宅楼的货物搬运。

同时，对载物台稍加人性化设计，便可实现载人上下楼，解决老人和残疾人上下楼问题，具有较大的社会价值和经济价值。

作品设计、发明的目的：设计一种智能化程度高、快速、稳定，同时体积小、质量轻、拆装方便、价格低廉、环境适应性强的楼梯运输机器人，解决载重上下楼梯的自动化问题。

基本思路：上楼时先该机器人本体与平行四边形机构用铰链相连六个车轮的直径均为85 mm。

前轮上安装有二个电动机，一个驱动转向另一个驱动小车的前进和后退。

中间轮和后轮上各安装有一个电动机驱动小车前进和后退，四个电动机具有相同的功率。

利用平行四边形变形特点改变与主体相连平行四边形机构的角度可使前车轮、中间车轮分别抬起和落下来实现自适应在楼梯面的爬行。

爬楼梯运动分析经试验在驱动力允许条件下该机器可爬楼梯台阶的高度为40 mm。

爬楼梯过程：首先整车向前运动直到前轮接触台阶，然后前轮越过台阶，这时前车轮机构向上抬起，然后在中间轮和后轮电动机驱动力的作用下前两个轮子越过台阶而中间轮和后轮与台阶始终保持接触当中间两个轮子越过台阶时安装在主体机构上的后车轮在电动机作用下同时爬楼梯台阶楼道、墙面自动吸尘器。

楼道、墙面自动吸尘器本体采用平行四边形机构实现上下楼梯功能爬行速度快、平稳可靠。

转向机构采用传统差速机构增加红外线位置扫描系统实现智能化。

毕业设计(论文)爬杆机器人的机械结构设计

毕业设计（论文）--爬杆机器人的机械结构设计爬杆机器人的机械结构设计摘要论文在比较几类爬行机构的优劣的基础上，确定了机器人本体的大致结构。

在此基础上详细阐述了仿生爬行的原理和机器人模块化设计的理念。

根据路灯杆的尺寸数据，设计机器人的三维模型。

机器人建模的过程功能的实现与机械结构的尺寸优化包括以下几个关键点：爬杆机器人设计中的功能机构的协调配合、攀爬手臂夹持重合度的选择、攀爬力的变化与结构参数之间的关系、攀爬力零点的渡过等难点的设计方法和设计准则，为此类爬行机器人的设计提供参考。

关键词：爬杆机器人变直径杆仿生学Mechanical Structure design of Pole-Climbing-RobotAbstractIn the paper，the wormlike imitated pole-climbing robot what the author designed and manufactured is non-intelligence mechanical crawler. Based on compared the merits and demerits of several kind of crawling mechanism，confirmed the general structure of robot body. Based on above-mentioned，expatiated the principle of bionic crawling and the theory of modular designing on robot in detail. Based on the dimension data of poles，we have designed and manufactured the model of robot. The design methods and design guidelines during the course of robot modelingachieve the movement and optimum structural design following several key points： Functional coordination between agencies，choice of climbing arm gripping coincidence，changes of climbing force the relationship between the structural parameters，choice of zero point of climbing force and its transition in pole-climbing robot designing. Provides references forth kind of crawling robot’s designing.Key Words ： pole-climbing robot，variable-diameter pole，bionics 目录1 绪论 11.1 论文研究的目的和意义 11.2 国内外研究现状及存在的主要问题 2机器人的分类 3研究现状 4目前存在的主要问题81.3 研究主要内容和研究对象91.4 本章小结92 爬杆机器人仿生的设计理论研究102.1 仿生机器人概述102.2 总体方案分析112.3 蠕动式仿生爬行方案研究142.4 本章小结153 机器人爬行部分的结构方案163.1 爬行机器人本体结构设计准则16 模块化设计基础理论163.2 机器人结构原理方案分析18夹紧机构方案研究18传动机构方案分析20动力系统方案研究23机器人结构原理及爬行动作原理 243.3 变直径杆爬行问题的解决263.4 安全稳定的工作保障 27夹紧力的保证―弹簧的设计方法研究27 3.4 机器人的结构设计27电机的选型及参数选择 28机器人本体的空间结构设计30抓紧机构尺寸参数的确定33传动机构尺寸参数的确定37上、下凸轮的配合研究413.5 弹簧的设计与校核423.6 本章小结45结语46致谢47参考文献481 绪论1.1 论文研究的目的和意义目前全国日益加快的现代化建设步伐，除了2008年8月在北京举办的奥运会、还有2010年在上海举办的世博会，随着我国国民经济的飞速增长、人民生活水平日益提高，城镇中随之矗立起无数的高层城市建筑，各类集实用性与美观性一体的市政、商业工程诸如电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索、广告牌立柱等如图1.1 ，它们通常5-30m，有的甚至高达百米，壁面多采用油漆、电镀、玻璃钢结构等，由于常年裸露在大气之中，风沙长年累月的积累会形成灰尘层，该污染影响城市的美观，同时空气中混合的酸性物质也会对这些城市建筑特别是金属杆件造成损坏，加快它们的生锈，并缩短它们的使用寿命，需要定期进行壁面维护工作。

爬楼梯机器人 ppt课件

摩擦损耗
1.20
效率
0.93
计算载荷
23.23 KG
部件设计与选型
载荷分析
根据梯子倾斜角度求得：沿梯子方向分载荷21.83 KG，垂直梯子方向分载荷7.94 KG
沿梯子方向分载荷
21.83
KG
垂直梯子方向分载荷
7.94
KG
因为已经考虑摩擦且垂直分量较小，选型时简化计算，使用250N进行选型
部件设计与选型
在第一种方案中，预计通过活塞气缸实现双腿的伸缩，通过机器人身体的扭转实现爬楼梯动作，但我们考虑到爪子设计中的加紧与放松以及机器人在爬楼梯过程中的稳定性时，现成的参考方案较少，没有找到较理想的方案，实现较为困难。
第二种方案是旋转爬楼梯机器人，通过控制机身的旋转角度以及爪子的加紧与放松实现它的向上攀爬过程，同样的在它的设计准确性方面遇到了困难，我们很难确定机器人在攀爬一步的过程中所需要转过的角度，并且在抓梯子过程也是遇到了瓶颈。
设计思路
其实每一种方案都各有利弊，第一种方案结构比较简单，第二种方案也比较新颖迷人，但在规定的时间内做出满足要求的机器人，我们把所有的焦点集中到第三种方案。在再次对我们小组的任务有了更明确的认识，以及对这三种方案的可行性评估之后，我们选择了第三种方案。
参考方案
参考方案
设计原理：
数控气动爬梯消防机器人是应用仿生学原理来设计机器人爬动动作。利用空压机提供气源，采用气动作为动力，用单片机控制电磁阀，驱动气缸带动联杆和钩子有序工作，使两幅钩子交替有序抬起、伸出、落下，实现机器人自动沿梯子上下爬动的动作。整个机器人系统由机器人机身、梯子、空压机组成。机器人系统最重要的部分就是机器人机身，其特征在于：机身由4个电磁换向阀、2个双活塞气缸、1个单活塞气缸、机身架、单片机控制电路以及若干个高精度进口传感器及其他辅助机械零件装配成。

爬楼梯机器人的设计构想与思路

爬楼梯机器人的设计构想与思路一、目的：检验机械设计者对机械原理、机械设计方法、机械传动控制原理、自动控制原理等多学科知识的综合运用和理解的深刻程度。

二、作品的功能：个人理解认为，前期可以只作为一个试验模型或玩具，主要目的是考验设计者的设计能力，动手能力，以及创新思维能力。

作品可以制作的较小，满足自身爬楼梯的功能即可，可作为一个寓教于乐的玩具。

但根据该作品的思路和方法，作出一个具有实际使用价值的产品才因该是最终目的。

正所谓科学技术是第一生产力的概念就是体现在这里。

三、具体设计思路要点：只以用于模型、玩具的思路来设计该机器人，以下为主要设计思路和要点。

1.关于动力来源：既然是模型，动力来源基本上局限在了电能上，综合考虑执行机构的形式和功率来看，使用电池即可满足一般要求，采用体积小，重量轻的锂离子电池应该是首选，也可考虑使用镍氢充电电池，当然这点主要是考虑了模型的可移动性。

同时也可考虑使用外部供电的方式，实现长时间续航的要求。

2.关于执行机构的设计思路：首先要充分考虑并理解该机的主要工况：具有一定高度和宽度的台阶，同时台阶又是相同的、连续的。

因此设计时考虑如何攀爬上一个台阶，则剩下的就是考虑实现连续不断的重复该动作即可。

同时，该机还应该可以在楼梯间的平地行走，这点也是考虑的主要工况之一。

第三，不同的楼梯高度不同，宽度不同，级数也不同，该机要尽量适应大多数楼梯，当然了，绝大多数楼梯是在相关的建筑标准中规定了尺寸的，因而该机对若想适应不同的楼梯，其实面对的差异并不大。

综合上述工况及分析结果，基于连续性运动而考虑，仍然采用轮式结构作为执行机构。

可适应连续行走，连续攀爬，重复性好。

毋庸置疑，采用小型直流电动机驱动，由于电动机的速度较大，因此必须使用齿轮机构或皮带机构实现减速、增大扭矩。

光是轮胎，要想攀爬楼梯，则轮胎必须足够大，直径至少是台阶高度的十倍以上，否则根本无法跨越，显然与模型设计的理念不符。

而且攀爬时运动不平稳，驱动扭矩相当大，自然不予考虑。

机器人自由上下楼梯教案

机器人自由上下楼梯教案一、教学目标：1. 知识目标，学生能够了解机器人自由上下楼梯的基本原理和方法。

2. 能力目标，培养学生动手能力和创新思维，提高学生解决问题的能力。

3. 情感目标，激发学生对科技的兴趣，培养学生的团队合作精神。

二、教学重点和难点：1. 教学重点，介绍机器人自由上下楼梯的原理和方法，引导学生进行实际操作。

2. 教学难点，引导学生理解机器人自由上下楼梯的复杂性，培养学生的动手能力和创新思维。

三、教学准备：1. 教师准备，熟悉机器人自由上下楼梯的原理和方法，准备相关实验器材和工具。

2. 学生准备，学生需要提前了解机器人的基本知识，做好实验前的准备工作。

四、教学过程：1. 导入，通过展示一些机器人自由上下楼梯的视频或图片，引起学生的兴趣，激发他们对机器人科技的好奇心。

2. 理论学习，介绍机器人自由上下楼梯的原理和方法，包括机器人的传感器、控制系统等方面的知识。

3. 实践操作，引导学生进行实际操作，让他们动手搭建机器人模型，并进行自由上下楼梯的实验。

4. 实验分析，学生观察实验结果，分析机器人在上下楼梯过程中的表现，总结出影响机器人行走的因素。

5. 总结反思，引导学生对实验结果进行总结和反思，让他们思考如何改进机器人的设计和控制系统，提高机器人的上下楼梯能力。

6. 展示成果，学生展示他们搭建的机器人模型，并分享自己的实验心得和改进方案。

7. 拓展应用，引导学生思考机器人自由上下楼梯技术的应用领域，如救援、探险等方面。

五、教学反思：1. 教学方法，通过理论学习和实践操作相结合的方式，让学生在动手操作中理解机器人自由上下楼梯的原理和方法。

2. 教学内容，在介绍机器人自由上下楼梯的原理和方法时，要注意引导学生理解其中的复杂性，培养学生的动手能力和创新思维。

3. 教学效果，通过本节课的教学，学生能够了解机器人自由上下楼梯的基本原理和方法，培养了学生的动手能力和创新思维，激发了学生对科技的兴趣。

爬楼梯机器人说明书

爬楼梯说明书爬楼梯说明书
第一章：引言
1.1 介绍爬楼梯的用途和功能
1.2 概述的特点和优势
1.3 目标读者和使用范围
第二章：技术规格
2.1 的外观尺寸和重量
2.2 电池容量和续航时间
2.3 最大承载重量和运行速度
2.4 系统和控制要求
第三章：安装和设置
3.1 安装的步骤和要求
3.2 设置的基本参数
3.3 连接到网络和APP
第四章：操作指南
4.1 启动并进行自检
4.2 控制的运动和方向
4.3 停止的运行和紧急情况处理
第五章：故障排除
5.1 常见故障及解决方法
5.2 联系维修人员和售后服务
第六章：保养和维护
6.1 的日常清洁和维护
6.2 更换零部件和维修注意事项
6.3 储存的要求
第七章：安全注意事项
7.1 使用时需要注意的事项
7.2 防止伤害和事故预防
第八章：常见问题解答
8.1 解答用户经常遇到的问题和疑问8.2 提供相关和资源供用户查询
第九章：附件
9.1 附上的安装图纸和线路图
9.2 附上的使用手册和APP
法律名词及注释：
●：指程序控制的自动机械设备，具有和自主决策能力。

●续航时间：能够连续工作的时间，通常指的是电池的使用时间。

●最大承载重量：能够承载的最大重量，超过此重量可能会导致损坏或发生事故。

●自检：在启动时自动进行的测试和检查，以确保其正常运行。

本文档涉及附件：
●安装图纸和线路图
●使用手册和APP。

履带式爬楼梯机器人设计

履带式爬楼梯机器人设计作者：袁苑刘毅侯建国王红来源：《理论与创新》2017年第28期摘要：本设计采用履带式驱动结构，结构整体使用模块化设计，可主动控制前后两侧摇臂的转动来调节机器人的运动姿态，从而达到辅助过坑、越障等动作，提高越障过程中的稳定性、越野机动性。

关键词：履带式；越障；机器人移动机器人在工业、农业、空间探索、危险环境探查和取样、战场侦察、城市救灾、排爆、反恐防化等领域具有广泛的应用需求，是当前机器人领域的研究热点。

移动机器人从事侦察和紧急事务响应任务时，楼梯是人造环境中的最常见的障碍也是最难跨越的障碍之一。

因此，对爬楼机器人的研究也逐渐成为关注的热点。

1履带式爬楼机器人结构设计履带机器人移动系统采用的是六履带式结构，采用四台直流伺服电机驱动，两台分别控制左右两边行走带，另外两台分别控制前后摆臂。

总体设计方案如图l所示。

机器人的车体的履带作为履带式移动机构，与前臂和后臂转动相协调，增加了机器人运动灵活性。

机器人前臂和后臂各有一个伺服电机驱动，通过控制系统协调配合，实现前臂和后臂的灵活转动，在机器人爬楼梯和越障时发挥更大作用。

机器人前臂和后臂协调作用，稳定性将更好。

机器人车体左右两边履带各有永磁式直流电机驱动，通过控制系统协调配合，控制前轴和后轴的速度、力矩，可实现原地360°转向，前进时的自由转向，随时调解爬楼梯时的力矩大小。

在车体主履带前端是惯性轴，与主动轴配合，保证机器人运动的平稳。

履带机器人的主要设计性能参数如表1所示。

2机构的工作原理减速传动机构是电动机通过行星轮减速器的降速，来实现增大转矩、调速，通过直齿轮改变轴的方向，输出后轴转矩，为机器人提供主要动力。

后轴驱动机构驱动后轴位于传动系的末端。

其基本功用是增扭、降速和改变转矩的传递方向。

转向机构机器人在行驶过程中，经常需要改变行驶方向，本机构是通过两个电机的差速比来实现的。

动力部分采用电机，通过齿轮副降速后带动低速轴的转动，轴与履带驱动机构通过导杆滑块机构连接，使履带驱动机构各自绕前后轴的中心线转动，实现机器人爬楼梯和越障能力。

轮腿式爬楼梯机器人的机械系统设计

轮腿式爬楼梯机器人的机械系统设计摘要：移动机器人在很多领域发挥越来越重要的作用，例如物品运输，危险或城市环境下作业，担负救援任务和军事用途等，而楼梯是移动机器人在人造环境中最常见、最难跨越的障碍之一，本文综合轮式爬楼梯移动机器人和腿式爬楼梯移动机器人的优点，设计了一款新型的轮腿式爬楼梯移动机器人，可以为工程应用提供一定的帮助。

关键词：移动机器人；爬楼梯；机械系统中途分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1引言随着社会的发展，在复杂环境中运动的移动机器人引起了国内外学者的兴趣，在服务机器人领域成为一个研究热点[1]。

楼梯在城市环境中随处可见，它们被设计成需要跨越的垂直距离，对于机器人和车辆来说是一个巨大的挑战。

例如，在城市搜救、楼宇建筑内运送货物、楼宇建筑内运送老幼病残弱、楼宇建筑内的清洁、楼宇建筑内消防灭火等。

因此爬楼梯机器人的应用对人身安全、减轻劳动强度，提高劳动生产率，降低生产成本等方面有很重要的意义。

国内外学者对爬楼梯机器人进行了很多研究，美国发明家Dean Kamen研发了一款叫 IBOT300的智能轮椅 [2]，它能够实现爬楼梯功能，如图1所示，该轮椅有三种运动模式：平坦路面上6轮行驶；崎岖路面上4个后轮行走；遇到阶梯障碍时两对后轮交替攀爬。

波士顿动力公司的M. Buehler等人研制的Big Dog机器人[3]，如图2所示，能够跳过1米沟渠，爬上45度的斜坡，以5米/秒的速度运行，并携带超过50公斤的有效载荷。

日本长崎大学机械工程系研发了一种爬楼梯装置,如图3所示，上下楼梯动作的实现是通过四组行星轮的翻转和四条伸缩“腿”的移动上下楼梯[4]。

我国上海交通大学发明了一款被动行星轮爬楼梯机器人[5]，如图3所示，它的机械系统是由机器人底盘、四组一样的行星轮系、机器人驱动等构成。

该移动机器人能够攀爬30°的楼梯，可以很好的适应非平坦的地形。

哈尔滨工业大学的纪军红团队研制一种具备前后各两个摆臂的履带式移动机器人，该机器人能够适应较复杂地面,具有很强的多地形自适应越障能力[6]。

爬楼机器人机械结构设计与仿真

Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2023, 12(1), 60-65 Published Online February 2023 in Hans. https:///journal/met https:///10.12677/met.2023.121008爬楼机器人机械结构设计与仿真许婕，廖鑫森，黄景德*，陈子杰珠海科技学院机械工程学院，广东珠海收稿日期：2023年1月12日；录用日期：2023年2月14日；发布日期：2023年2月21日摘要当前爬楼机器人存在的主要问题影响着相关产品的性能，制约了产品的推广。

首先针对爬楼能力弱、操作空间受限的技术性能问题，设计了一款可替换的模块化爬楼机器人；其次结合楼梯结构特性，基于丝杠和电动推杆构建三个抬升支架，设计了合理的抬升式爬楼模块；最后运用UG 软件建立了爬楼机器人三维模型，并对其关键模块进行了有限元分析和运动仿真。

该型机器人底部采用可替换模块，提高了更多应用场景的适应性，可以有效提高人们生活质量和工作效率。

关键词爬楼机器人，结构设计，抬升支架，有限元分析，运动仿真Mechanical Structure Design and Simulation of Climbing RobotJie Xu, Xinsen Liao, Jingde Huang *, Zijie ChenSchool of Mechanical Engineering, Zhuhai College of Science and Technology, Zhuhai GuangdongReceived: Jan. 12th , 2023; accepted: Feb. 14th , 2023; published: Feb. 21st , 2023AbstractAt present, the main problems of climbing robots affect the performance of related products and restrict the promotion of products. Firstly, aiming at the technical performance problems of weak climbing ability and limited operating space, a replaceable modular climbing robot is designed; Secondly, combined with the structural characteristics of the stairs, three lifting brackets are con-structed based on the lead screw and electric push rod, and a reasonable lifting climbing module is designed; Finally, the three-dimensional model of the climbing robot is established by UG software, and the finite element analysis and motion simulation of its key modules are carried out. The rep-*通讯作者。

机器人爬楼实验的注意事项

机器人爬楼实验的注意事项
自主爬楼梯是移动机器人完成危险环境探查、侦察、救灾等任务需要具备的基本智能行为之一~机器人是通过履带行走机构完成爬楼梯等越障和行走动作，其中爬楼梯履带是重要的动力传动部件，下面永航小编为大家提供：关于爬楼梯履带使用的5个注意事项！
1.爬楼梯履带的使用温度一般在-25～+55之间。

2.化学药品、机油、海水的盐份会加快履带的老化，在这样的环境下使用后要清洗履带。

3.有锐利突起（如钢筋、石块等）的路面会导致履带外伤。

4.道路的边石、车辙或凹凸不平的路面会导致履带边缘接地侧花纹产生裂纹，这种裂纹未伤及钢丝帘线时可以继续使用。

5.砂砾、碎石路面会造成与承重轮接触的橡胶表面早期磨损，形成小裂口。

严重时水分侵入，造成芯铁脱落、钢丝断裂。

爬楼梯机器人课程设计

爬楼梯机器人课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握爬楼梯机器人的基本构造，了解其工作原理及相关机械知识。

2. 使学生了解爬楼梯机器人所需的传感器及其作用，如红外线传感器、陀螺仪等。

3. 引导学生掌握爬楼梯机器人编程的基本方法，如顺序结构、循环结构等。

技能目标：1. 培养学生动手制作爬楼梯机器人的能力，提高学生的实际操作技能。

2. 培养学生运用编程语言控制爬楼梯机器人的能力，提高学生解决问题的能力。

3. 培养学生团队协作能力，学会在团队中分工合作、共同完成任务。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对爬楼梯机器人及相关科学技术的兴趣，激发学生的求知欲。

2. 培养学生勇于尝试、不断探索的精神，增强学生的自信心和自我价值感。

3. 培养学生关注社会问题，意识到科技对生活的改变，树立正确的价值观。

本课程针对小学高年级学生，结合其好奇心强、动手能力逐步提高的特点，注重理论与实践相结合，让学生在动手实践的过程中掌握知识，提高技能。

课程要求教师具备丰富的专业知识，能引导学生主动探究，激发学生的学习兴趣，使学生在愉快的氛围中学习。

通过本课程的学习，学生将能够独立制作并操控爬楼梯机器人，培养创新精神和实践能力。

1. 爬楼梯机器人基础知识：介绍爬楼梯机器人的基本构造，包括电机、传感器、控制器等组成部分；讲解爬楼梯机器人工作原理，如力学原理、传感器检测原理等。

2. 传感器及其应用：学习红外线传感器、陀螺仪等传感器的工作原理，探讨其在爬楼梯机器人中的作用，如距离检测、方向控制等。

3. 编程控制：学习爬楼梯机器人编程的基本方法，包括顺序结构、循环结构、条件判断等；结合实际案例，让学生掌握编程技巧，实现爬楼梯机器人的基本动作控制。

4. 动手实践：指导学生动手制作爬楼梯机器人，从组装到调试，培养学生实际操作能力；引导学生运用所学编程知识，实现爬楼梯机器人的功能。

5. 教学大纲：（1）第一课时：爬楼梯机器人基础知识介绍，让学生了解爬楼梯机器人的基本构造和工作原理。

爬楼梯机器人项目设计说明书

项目设计说明书题目：爬楼梯轮椅设计说明书专业过程装备与控制工程学生姓名班级学号指导教师完成日期2014.01.15《爬楼梯轮椅设计说明》一、概述高龄人群以及下肢残障者的最大障碍是步行能力的减弱甚至缺失，他们不仅丧失行动力，更需要有劳动能力的人来加以护理。

目前，大部分年老体弱者及肢体伤残者都会选择轮椅作为他们的代步工具，并且大都需要家人或护理人员伴随协助轮椅的使用。

然而，普通轮椅无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。

尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。

为了缓解上述弱势群体因为比例显著增加而给社会经济、医疗护理各方面带来的巨大压力，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶以及爬越楼梯障碍两种功能，成为更行之有效、立竿见影的措施。

因此，为了解决上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决楼梯对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适宜、平稳安全的爬楼梯装置具有重大的意义和实用价值。

二、本项目设计的国内外研究、开发、应用和维护现状连续型爬楼梯轮椅工作效率高，爬楼梯的速度较快，间歇型的爬楼梯轮椅因两套支承装置交替支承，爬楼梯的速度一般较慢。

星型轮式爬楼梯轮椅的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高；履带型爬楼梯轮椅的技术比较成熟，传动效率比较高，行走重心波动很小，运动非常平稳，但是运动不够灵活，对楼梯有一定的损坏，这限制了其在日常生活中的推广应用。

国内外尚没有体积小巧、操作简单、价格低廉，适用于居民楼梯和广大残疾人及老年人的爬楼梯轮椅。

尽管iBOT3000那种多功能高智能的轮椅是发展方向，我国“863”等国家计划也支持一些单位研发了具有视觉、声音及语音控制等功能的智能轮椅。