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1、機械2009年第5期總第36卷機器人技術75 ? 收稿日期：2009-03-23 作者簡介:黃先琪（1959-,四川南部人，教授級高級工程師，工學學士，主要研究方向 為機電系統(tǒng)設計。 一種新型的爬樓梯機器人 黃先琪 （四川交通職業(yè)技術學院 機電工程研究所，四川成都611130 摘要：研制了一種利用平行四邊形變形特點，實現(xiàn)上下樓梯功能的機器人，用于樓道、 墻面自動吸塵器。該機器人結(jié)構緊湊、體積小、重量輕、操作方便，爬樓梯 速度快、平穩(wěn)可靠，采用單片機控制系統(tǒng)，用以協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的行走、轉(zhuǎn)向等動作，實 現(xiàn)全工作過程的自動化。實驗結(jié)果驗證平行四邊形機構機器人具有較強的越障能力和

2、路面適 應能力。關鍵詞:爬越;樓梯;機器人;設計 中圖分類號：TP242. 3文獻標識碼:A文章編號：1006-0316 (2009 05-0075-02 A new type of stair climbing robot research HUANG Xian-qi (Sichuan Traffic Vocational and Technical College, Chengdu 611130, China Abstract : A new type of stair climbing robot using parallelogram deformation characte

3、ristics is designed for auto vacuum cleaner for corridors and walls. The robot is compact, small size, light weight, easy to operate, stair climbing fast, reliable and stable. A single-chip computer control system is used for coordinating the entire operating system, which can coordinate the action

4、s of processing and turning. The experimental results verify the parallelogram robot has a good ability to over obstaeles and adapt roads. Key words： climbing ; stairs ; robot ; design 1爬樓梯機器人現(xiàn)狀 移動機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體 的綜合系統(tǒng)。早在20世紀60年代,就已經(jīng)開始了關于移動機器人的研究，按照移動方式可 以采用輪式、履帶式和腿式三種機構模型。 1

5、. 1輪式機器人 直接利用車輪或類輪轉(zhuǎn)動達到行進或爬坡目的的機器人稱為輪式機器人(圖 1 O在滿足一定地形適應性前提下，可充分發(fā)揮移動機器人移動靈活、控制簡單等優(yōu)點。 但對地形的適應性大小與輪子的數(shù)量成正比，隨著輪子數(shù)量的增加又帶來了體積龐大、重 量重等缺點。 1.2履帶式機器人 直接利用履帶轉(zhuǎn)動達到行進或爬坡目的的機器 人稱為履帶式機器人（圖2。地面適應性強、穩(wěn)定性高、機構簡單，但能量損耗 高。 1.3腿式機器人 模仿人類或其它動物腿部運動的機器人稱為腿式機器人（圖3o地面適應性強，穩(wěn)定 性高，但 機構及控制復雜、運行速度低。 圖1輪式機器人圖2履帶式機器人圖3腿式機器人

6、纟爬越樓梯機器人機構設計 2.1樓道、墻面自動吸塵器設計方案 樓道、墻面自動吸塵器由原動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、 76 ?機器人技術機械2009年第5期總第36卷 工作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，通過德國慧魚創(chuàng)意組 合模型完成組裝（圖4。該機 器人 本體與平行四邊形機構用較鏈相連，六個車輪的直徑均為85 mm;前輪上安裝有二個電動 機，一個驅(qū)動轉(zhuǎn)向，另一個 驅(qū)動小車的前進和后退；中間輪和后輪上各安 裝有一個電動機，驅(qū)動小車前進和后退；四個電動機具有相同的功率。 利用平行四邊形變形特點，改變與主體相連平行四邊形機構的角度，可使前車 輪、中間車輪分別抬起和落下，來實現(xiàn)自適應在樓梯面的爬行。 2.2

7、樓道、墻面自動吸塵器本體結(jié)構分析 本體主要起支撐整車支架的作用。前端、中間采用二軸四輪驅(qū)動輪，分別安裝 在兩側(cè)向平行四邊形機構上，與其鏈接在一起。同時，本體上安放了小車控制機構， 尾部安裝一軸二輪驅(qū)動輪。后車輪也用來起支撐作用，后車輪采用電動輪，其動力有助于提 高吸塵器爬越樓梯的能力。在本體上連接兩 個四邊形機構來達到在樓梯上行進的目的。 2. 3爬樓梯運動分析 經(jīng)試驗，在驅(qū)動力允許條件下，該機器可爬樓梯臺階的高度為40 mmo爬樓梯過程如圖 6所示:首先整車向前運動，直到前輪接觸臺階(圖6 (a，然后前輪越過臺階(圖6 (b,這時 前車輪機構向上抬起，然后在中間輪和后輪電動機驅(qū)動力

8、的作 用下，前兩個 輪子越過臺階(圖6 (c,而中間輪和后輪與臺階始終保持接觸，當中間兩個輪子越 過臺階時 (圖6 (d，安裝在主體機構上的后車 輪在電動機作用下同時爬樓梯臺階(圖 6 (e 0 圖4樓道、墻面自動吸塵器圖5本體結(jié)構 (a (b (c (d (e 圖6爬樓梯示意圖 3小結(jié) 樓道、墻面自動吸塵器本體采用平行四邊形機構實現(xiàn)上下樓梯功能，爬行速度 快、平穩(wěn) 可靠。轉(zhuǎn)向機構采用傳統(tǒng)差速機構，增加紅外線位置掃描系統(tǒng)實現(xiàn)智能化。吸塵器機構采用 伸縮機構，同時實現(xiàn)對地面、樓梯、扶手及墻面的自動吸塵。 控制系統(tǒng)采用單片機控制器，用以協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)行走、轉(zhuǎn)向、伸縮及

9、吸塵等動作，實現(xiàn)全工 作過程的自動化。 該機器人參加2008年9月第三屆全國大學生機 械創(chuàng)新設計大賽慧魚組競賽并榮獲一等獎。 參考文獻： ⑴ 面移動偵察車輛研究 李波，等?可爬越樓梯的新型地 [J] ?蘭州工業(yè)高等?？? 學校學報,2004, (12? [2] 喬鳳斌，等?機器人六輪移動機器人爬樓梯能力分析[J].機器人，2004, (7? [3] 徐國華，等?移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢[J]?機器人技術與應用， 2001, (6 ? [4] 李翠蘭，等?一種新型的 可被動適應崎嶇表面的六輪月球漫游車 [J] ?傳動技術， 2005, (3 ? 3 3 3 0 總修正量 0 0 0 333 0 N G 0 ' ? K 3G CDWF 總 1000 3330NFa0HLHG0, ?000 333ONF1F22F, 000 3 2F