图1爬楼装置整体结构1研究背景针对国内外现有较成熟的爬楼轮椅，依据其工作原理，可分为腿足式爬楼轮椅、行星轮式爬楼轮椅、复合式爬楼轮椅等，以上各种爬楼轮椅在实现爬楼方面都有其相应的局限[1]。日本早稻田大学和日本尖端机械企业Tmsuk一同开发的“WL-16R”系列双足腿足机器人[2]以及上海交通大学设计开发出的两足载人步行椅机器人“JWCR”都具有较好的载人爬楼能力和灵活性，但由于其过低的能量运用效率，远达不到绿色的要求，复杂的控制要求与缓慢的移动效率也成为了不能忽视的问题[3-4]。日本的SasakiK设计研发的“Freedom”爬楼轮椅，其采用了双轮组四星行星轮设计，并且前轮组可以进行伸缩运动且差速离合原理保证爬楼梯过程中的平稳性及平地运动与爬楼运动的平滑切换，但也导致该型轮椅售价极其高昂[5-6]。为解决以上难题，同时针对目前市面上主流的爬楼轮椅普遍价格昂贵、体积较大，对于老式、复式楼房狭小的楼道使用不便等问题[7]，本文提出体积小巧、结构简单、价格适中、行走平稳的可用于载人/物的绿色爬楼装置，并提出针对于该装置的稳定性指标———爬楼稳定度，在其基础上对该研究原型与样机进行深入分析与优化仿真。2整机设计2.1目标需求分析根据GBJ101-1987《建筑楼梯模数协调标准》[8]中所规定的楼梯尺寸，要求爬楼装置可在国内坡度为12毅至30毅之间的楼梯平稳运行。爬楼装置的负载不低于200kg，保证载人载物时均可表现出良好的爬升性能且保证重心较为稳定。2.2爬楼装置整机设计使用SOLIDWORKS对于爬楼装置进行三维建模，其中各结构尺寸均按照成人体型与实际楼梯尺寸设计，爬楼装置整机结构见图1。爬楼装置通过轮椅背部支撑支架与轮椅轮胎固定件固定轮椅，同时通过可调节机构实现爬楼装置与不同轮距、不同高度的轮椅相匹配。多排轮采用仿生设计，具有轴向伸缩性，在增大爬楼过程中与楼梯的接触的同时，保证了平稳性与安全性，避免过程中出现打滑、重心不稳等现象。电机作为主要动力来源。扶手用于进行人力辅助，实现人机交互。行星轮为爬楼装置的执行部件，具有伸缩功能，用于配合缓冲弹簧进行轴向伸缩运动，提高爬楼过程中的稳定性。收稿日期：2023原03原10曰修回日期：2023原03原30作者简介：庞元硕（2003—），男，新疆乌鲁木齐人，在读本科，主要从事机器人技术研究，E-mail：641073942@qq.com。通信作者：杨玉维（1975—），男，天津武清人，博士，副教授，硕士研究生导师，主要从事机器人技术、外骨骼、多体动力学等研究...
