机械系统设计课程论文爬楼机器人设计
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。
机械系统设计课程论文爬楼机器人设计
2012机械系统设计课程论文爬楼机器人设计一、设计要求设计一台能够转向和平地上行走的爬楼机器人，要求机器人从四个方位都能攀爬楼梯，在攀爬过程中机器人要保持水平姿态。
从机械系统观念出发，提出不少于二套设计设计方案，并进行必要的方案评价和技术论证。
二、设计背景与意义在城市里, 楼梯是人造环境中最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。
因此, 机器人的爬梯能力是移动机器人的重要越障性能指标。
通过加载不同的仪器设备，机器人可广泛用于危险环境探查、救灾、助残、搬运等作业, 其应用价值巨大[1][2]。
三、爬楼机器人研究现状总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置[3]。
(l)履带式履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。
履带式结构传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。
它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。
但是这类装置仍存在很多不足之处:重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏；且平地使用所受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。
(2)轮组式轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。
单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。
轮组式爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。
此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。
(3)步行式早期的爬楼梯装置一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。
上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。
步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。
攀爬机器人结构设计论文
攀爬机器人结构设计论文攀爬机器人是一种特殊的机器人，其主要用途是在复杂环境中进行探索和检测。
其设计需要考虑其结构特点和机器人本身的技术特点，以确保其能够稳定地攀爬并完成任务。
本文将讨论攀爬机器人结构设计的一般原则和具体要求，以帮助我们更好地理解和认识这种机器人的设计。
一、攀爬机器人的结构特点攀爬机器人主要包含两个部分：底盘和攀爬机构。
底盘用于提供机器人的稳定性和移动能力，而攀爬机构则用于机器人在攀爬时的定位和支撑。
由于攀爬机器人的应用环境通常都很恶劣，例如高空、崎岖不平的地形、狭小的空间等，因此在设计中需要考虑以下几个方面的问题：1. 机器人的受力问题攀爬机器人在攀爬时，往往需要承受较大的重量和惯性力。
因此，在结构设计中需要采用高强度、轻量化的材料和结构形式，同时考虑机器人内部的支撑和固定。
2. 机器人的稳定性问题攀爬机器人在攀爬过程中，因为受到的外力和持续控制的偏差等因素的影响，很容易出现晃动和失稳问题。
因此，设计中需要考虑机器人的自我稳定性和机械性能。
3. 机器人的定位问题攀爬机器人在攀爬过程中，需要对其位置和姿态进行精准的定位和控制，以确保其能够准确地完成任务。
因此，在设计中需要考虑使用可靠且高精度的定位和控制系统。
二、攀爬机器人结构设计的一般原则攀爬机器人的结构设计需要考虑诸多因素，因此需要遵循以下一般原则：1. 结构应具有良好的设计安全性能，确保机器人可以在复杂的环境中安全地运行和攀爬。
2. 结构应具有良好的适应性和可变性，以应对不同环境和任务的需求。
3. 结构应具有良好的稳定性，以确保机器人在攀爬过程中可以保持稳定和平衡。
4. 结构应具有良好的可维护性和易修复性，以便在需要时更换或修理部件。
5. 结构应具有良好的工艺性能和经济性能，以确保整个结构可以在一定的成本范围内生产和维护。
三、攀爬机器人结构设计的具体要求攀爬机器人的结构设计具体要求如下：1. 底盘的设计底盘的设计是攀爬机器人结构设计的核心。
《四足爬楼梯机器人的设计与研究》
《四足爬楼梯机器人的设计与研究》一、引言随着科技的飞速发展，机器人技术已经广泛应用于各个领域。
其中，四足爬楼梯机器人因其独特的移动能力和适应性，在复杂环境下的应用日益广泛。
本文将重点介绍四足爬楼梯机器人的设计与研究，从理论依据、设计原理、实现过程、技术挑战和未来发展等方面进行详细阐述。
二、理论依据与设计原理四足爬楼梯机器人的设计基于仿生学原理，借鉴了自然界中生物的移动方式。
在楼梯环境中，四足机器人能够通过调整自身的姿态和运动方式，实现稳定爬行。
设计过程中，我们主要考虑了以下几个方面的因素：1. 结构设计与材料选择：机器人采用四足结构，每只足均由驱动系统、关节和末端执行器组成。
材料选择上，我们采用了轻质高强度的合金材料，以减轻机器人的重量并提高其耐用性。
2. 运动学与动力学分析：通过分析机器人在楼梯环境中的运动学和动力学特性，确定合理的运动策略和姿态调整方法。
3. 控制系统设计：采用先进的控制算法和传感器技术，实现机器人的精确控制和稳定运动。
三、实现过程四足爬楼梯机器人的实现过程主要包括硬件设计、软件开发和系统集成三个部分。
1. 硬件设计：根据设计要求，选择合适的传感器、电机、驱动器等硬件设备，并进行电路设计和机械结构设计。
2. 软件开发：编写机器人控制程序，实现机器人的运动控制、姿态调整、传感器数据采集等功能。
3. 系统集成：将硬件和软件进行集成，进行实验测试和性能优化，确保机器人能够稳定地在楼梯环境中爬行。
四、技术挑战四足爬楼梯机器人的设计与实现面临以下技术挑战：1. 运动规划与控制：如何实现机器人在楼梯环境中的稳定运动和姿态调整是技术难点之一。
需要设计合理的运动规划和控制算法，确保机器人在复杂环境下的稳定性和可靠性。
2. 动力学与稳定性问题：机器人需要具备足够的动力和稳定性才能应对不同高度和形状的楼梯。
在设计和制造过程中，需要考虑动力学特性和稳定性的平衡问题。
3. 传感器与数据处理：机器人需要配备高精度的传感器和数据处理系统，以实现对环境的感知和实时控制。
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。
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。
摆臂式爬楼机器人毕业设计
摘要摆臂式爬楼机器人是一种能够在多种特殊地形上进行作业的移动式机器人。
它属于作业机器人的一种，可以将人从危险的工作中解脱出来，是当前机器人领域研究的热点之一。
本文通过对国内外各种类型爬楼机器人现状进行了系统的分析与比较，论述了爬楼机器人的运动方式、控制系统等。
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。
本文在此基础上，设计了抓扶手支架机械手，着重阐述了爬楼机器人夹持机械手主要问题及其解决方法，并对关键部件进行设计和分析。
关键词: 爬楼机器人履带机械手AbstractThe wall climbing robot of hook claw is a climbing robot can worked at height on the vertical wall of mobile service robots. It belongs to a robot of limit, Will work from the dangerous freed, currently, it is one of the hotspots where the field of robotics research. Based on the current situation at home and abroad to conduct various types of wall-climbing robot system for analysis and comparison, discusses the wall climbing robot of hook claw’s mode, adsorpt ion and control systems. Firstly, it is introduce that Research to the climbing robot at home and abroad, clarify the purpose of the research, significance. And then further describes the overall structure of the wall-climbing robot, meanwhile it is also asked to design reasonable and efficient of crawling device, and in this basis, it is focused on the main problems and solutions for climbing robot control system, the robot's control system must be simple, safe, reliable, efficient, and convenient.Keywords: wall-climbing robot; hook claw; rough wall; Development毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
爬楼车毕业设计论文
爬楼车毕业设计论文在大学生活中，毕业设计是每个学生都要面对的一道坎。
对于我来说，我选择了一个有趣而又具有挑战性的主题——爬楼车。
这个主题不仅与我的专业相关，还可以让我探索新的技术和创新思维。
在这篇文章中，我将分享我在爬楼车毕业设计论文中的一些心得和经验。
首先，我想解释一下什么是爬楼车。
爬楼车是一种能够爬上楼梯的机器人，它可以帮助人们搬运重物或者在没有电梯的地方上下楼。
这个主题的选择源于我对机器人技术的兴趣，同时也考虑到了现实生活中的需求。
在我的毕业设计中，我首先进行了相关的文献研究和市场调查。
通过阅读大量的论文和文章，我了解到爬楼车的设计需要考虑到多个因素，包括机器人的稳定性、移动性以及搬运能力等。
同时，我还调查了市场上已有的爬楼车产品，以了解他们的设计理念和技术特点。
接下来，我开始进行爬楼车的设计与制作。
在设计阶段，我采用了CAD软件进行三维建模，以便更好地展示我的设计想法。
我将机器人的主体部分设计为一个稳定的底座，上面安装有多个电动脚轮，以实现爬楼梯的功能。
此外，我还加入了一些传感器和控制模块，以提高机器人的智能化水平。
在制作阶段，我遇到了一些挑战。
首先是材料的选择，我选择了轻量化的材料，以确保机器人的移动性能。
其次是电路的设计和组装，我需要确保电路板的稳定性和可靠性。
最后是程序的编写，我使用了C++语言和Arduino开发板，以实现机器人的自主导航和运动控制。
经过几个月的努力，我成功地完成了我的爬楼车毕业设计。
在展示和答辩中，我的设计得到了导师和同学们的认可和赞赏。
他们对我的创新思维和技术实现表示了肯定，并提出了一些建设性的意见和建议。
通过这个毕业设计的过程，我不仅学到了很多专业知识和技能，还培养了解决问题和团队合作的能力。
我学会了如何进行科学研究和实验，如何分析和解决实际问题。
同时，我也深刻体会到了创新的重要性和挑战。
未来，我希望能够继续深入研究和开发爬楼车技术，将其应用于实际生活中。
我相信，随着科技的不断进步和创新的不断涌现，爬楼车将成为人们生活中不可或缺的一部分。
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2012机械系统设计课程论文
爬楼机器人设计
一、设计要求
设计一台能够转向和平地上行走的爬楼机器人，要求机器人从四个方位都能攀爬楼梯，在攀爬过程中机器人要保持水平姿态。
从机械系统观念出发，提出不少于二套设计设计方案，并进行必要的方案评价和技术论证。
二、设计背景与意义
在城市里, 楼梯是人造环境中最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。
因此, 机器人的爬梯能力是移动机器人的重要越障性能指标。
通过加载不同的仪器设备，机器人可广泛用于危险环境探查、救灾、助残、搬运等作业, 其应用价值巨大[1][2]。
三、爬楼机器人研究现状
总结目前国内外现有的爬楼梯装置和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式爬楼梯装置[3]。
(l)履带式
履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。
履带式结构传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。
它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。
但是这类装置仍存在很多不足之处:重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏；且平地使用所受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。
(2)轮组式
轮组式爬楼梯装置按轮组中使用小轮的个数可分为两轮组式、三轮组式以及四轮组式。
单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。
轮组式爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。
此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。
(3)步行式
早期的爬楼梯装置一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。
上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。
步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。
步行式爬楼梯装置爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯;但它对控制的要求很高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。
四、两种设计方案
<方案一> 袋鼠滑冰”机器人
（1）、设计构想
本产品通过曲柄凸轮机构的运动特色，设计出爬楼梯时的组件，也就是四个脚。
人爬楼梯时，腿是弯曲的，用在机构上，就可以采用曲柄式的摇臂，带动袋鼠腿式的板结构，实现
爬楼的运动。
在最上面的板边上，装有红外传感器，可以根据编程设置在哪个楼道实现转弯，手工操作亦可。
整个机构，传感器的应用和机构电气控制很重要。
机械和电子要实现一体化，不能单单依靠机构，那样运动机构的设计太繁琐太笨重，机器人本身就是机电一体化的典型代表。
（2）、机构组成与三维建模
机器名称：“袋鼠滑冰”机器人
机器人组成：如图1所示。
图1 机器人组件分解爆炸图
此机器人由多个部件组成：上平板、箱体、4个用于爬楼的“脚”、4个摇臂、还有一些其他的零小部件。
（3）、工作原理：
图2 机器人爬楼时立体图
3.1 爬楼
如图2所示，4个“脚”上都装有压力传感器，当蓝色的“脚”接触楼梯，压力传感器感应，摇杆转动带动红色的“脚”向前进，同时蓝色的“脚”会缓慢转动，当红色的“脚”接触上面的楼梯，压力传感器感应，摇杆转动带动蓝色的“脚”，依次循环爬楼。
4个“脚”分别装有锁定装置，使得爬楼运动的时候，摇臂转动360°，而4个“脚”始终保持图示姿势，实现爬楼的目的。
图3 机器人平地行走时立体图
3.2平地行走
如图3所示，在平地上行走时，4个“脚”收缩至上图所示，此时三个滚轮支撑整个机器人实现直走或者转向，滚轮可360度转动。
<方案二>蜘蛛式爬楼机器人
（1、）机构组成与工作原理
1、可变轮设计
可变轮的设计是本方案的核心设计，通过轮子的变化，实现平地行走与爬楼两种功能，在平路上行走时，可变轮收缩成跟普通轮一样的轮子，可在平稳的路面上行驶。
当爬楼时，爬升爪张开，通过爪与楼梯接触，使整个车架上升，从而完成爬楼过程。
可变轮采用双电机结构，正常时，两个电机工作状态相同，当需要转弯时，通过控制电机，使两轮转速一大一小来实现转弯[4] [5]。
图4 可变轮收缩状态图5可变轮伸张状态
2、伸缩系统
为实现设计要求中的“爬楼过程中保持水平姿态”和“四个方位”均能攀爬楼梯，本方案借鉴飞机起落架的结构原理，采用四气缸控制收缩，内外嵌套式的系统。
这样通过控制系统的控制，机器人可以前后左右四个方向自由行走和爬楼。
当需要处围系统工作时，内层系统的相应气缸同时收缩，而使轮架收起，反之亦然。
图5伸缩系统结构图图6伸缩系统结构俯视图
图7 伸缩系统工作原理示意图[2]
工作原理：
车体在爬楼过程中，前轮高后轮低，此时楼梯下方电动推杆伸张，位于楼梯上方的推杆收缩使座椅始终保持水平。
（2）、工作方式与爬楼模拟
爬楼时，外脚架（或内架）升起，内脚架（或外脚架）一端升起，一端下降，使上端保持水平。
爬上楼梯后，外围轮架放下，收层轮架收起，开始与楼梯垂直的方向的移动，行至下一个楼梯，然后使用内层轮架重复爬楼过程。
图8 爬楼过程
图9平地或楼梯过渡过程
五、方案评价和技术论证
方案一结构简单，成本低，但越障能力不高；方案二功能全面，但机构复杂，且控制系统将较为复杂，成本高。
本次设计只是对爬楼机器人的系统结构做了概念性的设计，设计中没有涉及到运动学的分析问题，同时对于系统中的控制系统并没有深入分析，由于对这方面有点模糊，需要在以后的工作学习中了解和掌握。
参考文献
[1] 王占礼,赵德超等. 曲柄星轮式爬楼梯轮椅爬升机构设计[J].长春工业大学学
报,2004.4(32):105~108
[2] 刘祚时, 童俊华, 胡发焕. 一种轮组结构爬楼梯机器人的传动和结构设计[J]. 电机工程
学报,2009(25):48~51
[3] 黄先琪.一种新型的爬楼梯机器人[J]. 机器人技术,2009(36):75~76
[4] 可伸缩叶轮式爬楼机器人/project/15526/
[5] 全国3D大赛优秀作品---助老助残爬楼梯机器人。