【正文】 陸豐勤 . 多功能爬樓梯裝置的研究及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 ， 20xx [26] 李天慶 . 基于多傳感器融合的機(jī)器人自主爬樓梯研究 ， 合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ， 20xx [27] 瞿亮 .基于 NATLAB的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 .北京 .北京交通大學(xué)出版社 .20xx [28] 劉金餛 .先進(jìn) PID控制及其 MATLAB仿真 .北京 .電子工業(yè)出版社 20xx [29] 王正林，王勝開(kāi)，陳國(guó)順 .MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真 .北京 .電子工業(yè)出版社 .20xx [30] 蘇金明，王永利 .MATLAB .北京 .電子工業(yè)出版社 .20xx [31] 方建軍，劉仕良 .機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析 .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .20xx [32] 霍偉 .機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制 .北京 .高等教育出版社 .20xx [33] 李增剛 .ADAMS入門(mén)詳解與實(shí)例 .北京 .國(guó)防工業(yè)出版社 .20xx [34] 陳立平 .機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及 ADAMS應(yīng)用教 程 .北京 .清華大學(xué)出版社 . 20xx . 15 [35] Zahed Siddique, David W Rosen. A virtual Prototyping approach to Product disassembly reasoning. Computer Aided Design， 1997(12):29 [36] Valasek Tools for Mechatronic Vehicles . Design Through Modeling and System Dynamics (33):214一 230 [37] ， , simulation and validation of plex fluid and Mechanical systems .International ADAMS User Conference .1998 [38] MOHSEN M. DALVAND AND MAJID M. MOGHADAM, Stair Climber Smart Mobile Robot (MSRox), Tarbiat Modares University of Iran, . [39] ROEMI FERNANDEZJOAO HESPANHA, Nonlinear Control for the Dual Smart Drive Using Backstepping and a TimeOptimal Reference, IAI/CSICIndustrial Automation . [40] Takashi Kubota1, Yasuharu Kunii, Yoji Kuroda and Working Group, Japanese lunar robotics exploration by cooperation with lander and rover, Chuo University， Meiji . [41] Ashish Deshpande 不僅可以進(jìn)行線性系統(tǒng)仿真，也可進(jìn)行非線性系統(tǒng)仿真，既可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)仿真，也可以實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間系統(tǒng)甚至連續(xù) 離散時(shí)間系統(tǒng)的仿真，還支持多制式采樣率的系統(tǒng)仿真。 本課題研究的 爬樓 機(jī)器人基本原理如圖 1，從機(jī)構(gòu)分析， 運(yùn)用差動(dòng)輪輪系傳動(dòng)比的 12 相關(guān)公式，可以得出如下關(guān)系式： 25 44 5 2ZZ????? ?? 其中， 2? 為中心齒輪 2的轉(zhuǎn)速； 5? 為轉(zhuǎn)臂 5 的轉(zhuǎn)速； 4? 為驅(qū)動(dòng)齒輪 4 的轉(zhuǎn)速；2Z 為中心齒輪 2 的齒數(shù)； 4Z 為驅(qū)動(dòng)齒輪 4的齒數(shù)。 整個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)有四個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)負(fù)責(zé)給一個(gè)行星輪機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。 ⑶ 使用三維實(shí)體造型軟件 Pro/E建立了 爬樓 機(jī)器人 的 三維實(shí) 體模型， 然后將 Pro/E導(dǎo)出的模型導(dǎo)入 ADAMS 軟件中，定義剛體，添加約束、力、運(yùn)動(dòng)等，完成 爬樓 機(jī)器人的虛擬樣機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)模型。 ⑦設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)在模態(tài)環(huán)境和非模態(tài)環(huán)境下使用情況的對(duì)比，驗(yàn)證其適應(yīng)性。同時(shí)，伴隨機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的大量技術(shù)如計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器人導(dǎo)航和定位、模式識(shí)別等也將被運(yùn)用到爬樓梯裝置中，使其朝著智能化的方向發(fā)展。 7 步行式爬樓梯裝置爬樓時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，適合不同尺寸的樓梯；但它對(duì)控制的要求很高，操作比較 復(fù)雜，在平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度不大，動(dòng)作緩慢。 輪式機(jī)器人 輪 式移動(dòng)機(jī)器人克服了履帶式的這些缺點(diǎn)，在滿足一定地形適應(yīng)性的前提下，可以充分發(fā)揮移動(dòng)機(jī)器人 快速性、靈活性、可控性，而且能夠在保持機(jī)體方位不變的前提下沿平面上任意方向直線移動(dòng)或在原地旋轉(zhuǎn)任意角度，近年來(lái)得到了廣泛的研究 。 Ⅱ 、對(duì)目前研究的狀況分類(lèi)： （ 1）開(kāi)環(huán)控制與伺服控制分類(lèi) 在目前已開(kāi)發(fā)的研究項(xiàng)目中，開(kāi)環(huán)控制的機(jī)器人主要是運(yùn)用于為殘疾人 和老人設(shè)計(jì)的器械中，需要人的輔助來(lái)為其導(dǎo)航，其突出特點(diǎn)的是穩(wěn)定性，確保人的安全性。但它對(duì)控制的要求很高，操作比較復(fù)雜，在平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度 不大，動(dòng)作緩慢。內(nèi)蒙古民族大學(xué)物理與機(jī)電學(xué)院的蘇和平等人借鑒了 iBOT的爬樓方式，采用星形輪系作為爬樓梯機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種雙聯(lián)星形機(jī)構(gòu)電動(dòng)爬樓梯輪椅。 (2)輪組式 輪組式爬樓梯裝置按輪組中使用小輪的個(gè)數(shù)可分為兩輪組式、三輪組式以及四輪組 式。下面分別對(duì)國(guó)外、國(guó)內(nèi)各種類(lèi)型裝置的發(fā)展作簡(jiǎn)要介紹，并分析其各自優(yōu)缺點(diǎn)。 非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的多功能全自主的移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)多年來(lái)一直是機(jī)器人研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一．但是非結(jié)構(gòu)環(huán)境給移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)造成了自主決策 和路徑規(guī)劃的困難． 越障機(jī)器人的研究．對(duì)擴(kuò)展機(jī)器人的作業(yè)空間，在人不能到達(dá)或不便到達(dá)的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，具有重要的意義。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。此后，各國(guó)紛紛開(kāi)始投入此項(xiàng)研究，其中美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本占主導(dǎo)地位，技術(shù)相對(duì)比較成熟，且有一些產(chǎn)品已經(jīng)投入市場(chǎng)使用。 4 履帶式結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率比較高，行走時(shí)重心波動(dòng)很小，運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，且使用地形范圍較廣，在一些不規(guī)則的樓梯上也能使 用。它最大的優(yōu)點(diǎn)就是在輪椅重心安裝了陀螺儀，控制器根據(jù)陀螺儀的信號(hào)調(diào)整重心的位置，使輪椅能在不同狀態(tài)下保持平衡。上樓時(shí)先將 負(fù)重 抬高，再水平向前移動(dòng)，如此重復(fù)這兩個(gè)過(guò)程直至爬完一段樓梯。要達(dá)到這種水 平，當(dāng)前還有很多問(wèn)題需要深入的研究，而其中的機(jī)器人樓梯環(huán)境智能導(dǎo)航問(wèn)題是較為重要的一個(gè)研究課題。 （ 2）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上分類(lèi) 履帶機(jī)器人 履帶式爬樓梯裝置的原理類(lèi)似于履帶裝甲運(yùn)兵車(chē)或坦克，其原理簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率比較高，行走時(shí)重心波動(dòng)很小，運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，且使用地形范圍較廣，在一些不規(guī)則的樓梯上也能使用，技術(shù)比較成熟。 腿式機(jī)器人 早期的爬樓梯輪椅一般都采用步行式，其爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿件機(jī)構(gòu)組成。 輪、履、腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)性能比較 車(chē)輪式、履帶式、腿 式移動(dòng)系統(tǒng)性能比較見(jiàn) 下 表 1所示。 ④對(duì)機(jī)體質(zhì)心及其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，選取合適參數(shù)做仿真，得到最優(yōu)解。 9 二 、課題方案 （ 一 ） 、課題研究的主要內(nèi)容 主要研究?jī)?nèi)容 ⑴ 爬樓 機(jī)器人的原理研究和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 當(dāng)車(chē)輪組機(jī)構(gòu)運(yùn)行在平直的路面上時(shí)，受兩個(gè)車(chē)輪同時(shí)著地的約束限制，轉(zhuǎn)臂 5不能轉(zhuǎn)動(dòng)只能隨車(chē)沿路面平動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪系演變成定軸輪系，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在平直面上的快速行駛； 當(dāng)前進(jìn)的車(chē)輪碰上高障礙（如樓梯）而停止不動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪系就演變成行星輪系，轉(zhuǎn)臂 5帶著另外 4個(gè)車(chē)輪繞前輪的軸線回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)翻越障礙（即爬樓梯）的目的。 11 圖 2 機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 樓梯 小車(chē)輪 4 傳動(dòng)齒輪 行星輪 太陽(yáng)輪 行星架（轉(zhuǎn)臂） 車(chē)架 （二）、 研究目標(biāo)及創(chuàng)新 爬樓 機(jī)器人 要求具有在平面行駛和爬樓梯的功能，當(dāng)然也具備轉(zhuǎn)向避障和良好的行走線性軌跡。 Matlab（ Matrix Laboratory）是一種高度集成化的科學(xué)