【正文】 陸豐勤 . 多功能爬樓梯裝置的研究及控制系統(tǒng)的設計 . 南京理工大學碩士學位論文 ， 20xx [26] 李天慶 . 基于多傳感器融合的機器人自主爬樓梯研究 ， 合肥工業(yè)大學碩士學位論文 ， 20xx [27] 瞿亮 .基于 NATLAB的控制系統(tǒng)計算機仿真 .北京 .北京交通大學出版社 .20xx [28] 劉金餛 .先進 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，陳國順 .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 .機械動態(tài)仿真與工程分析 .北京 .化學工業(yè)出版社 .20xx [32] 霍偉 .機器人動力學與控制 .北京 .高等教育出版社 .20xx [33] 李增剛 .ADAMS入門詳解與實例 .北京 .國防工業(yè)出版社 .20xx [34] 陳立平 .機械系統(tǒng)動力學分析及 ADAMS應用教 程 .北京 .清華大學出版社 . 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 不僅可以進行線性系統(tǒng)仿真，也可進行非線性系統(tǒng)仿真，既可以實現(xiàn)連續(xù)時間系統(tǒng)仿真，也可以實現(xiàn)離散時間系統(tǒng)甚至連續(xù) 離散時間系統(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 機器人基本原理如圖 1，從機構(gòu)分析， 運用差動輪輪系傳動比的 12 相關公式，可以得出如下關系式： 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)動齒輪 4 的轉(zhuǎn)速；2Z 為中心齒輪 2 的齒數(shù)； 4Z 為驅(qū)動齒輪 4的齒數(shù)。 整個機構(gòu)設有四個電機，每個電機負責給一個行星輪機構(gòu)提供動力。 ⑶ 使用三維實體造型軟件 Pro/E建立了 爬樓 機器人 的 三維實 體模型， 然后將 Pro/E導出的模型導入 ADAMS 軟件中，定義剛體，添加約束、力、運動等，完成 爬樓 機器人的虛擬樣機的機械系統(tǒng)模型。 ⑦設計的機構(gòu)在模態(tài)環(huán)境和非模態(tài)環(huán)境下使用情況的對比，驗證其適應性。同時，伴隨機器人控制技術的發(fā)展，移動機器人的大量技術如計算機視覺、機器人導航和定位、模式識別等也將被運用到爬樓梯裝置中，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運動平穩(wěn)，適合不同尺寸的樓梯；但它對控制的要求很高，操作比較 復雜，在平地行走時運動幅度不大，動作緩慢。 輪式機器人 輪 式移動機器人克服了履帶式的這些缺點，在滿足一定地形適應性的前提下，可以充分發(fā)揮移動機器人 快速性、靈活性、可控性，而且能夠在保持機體方位不變的前提下沿平面上任意方向直線移動或在原地旋轉(zhuǎn)任意角度，近年來得到了廣泛的研究 。 Ⅱ 、對目前研究的狀況分類： （ 1）開環(huán)控制與伺服控制分類 在目前已開發(fā)的研究項目中，開環(huán)控制的機器人主要是運用于為殘疾人 和老人設計的器械中，需要人的輔助來為其導航，其突出特點的是穩(wěn)定性，確保人的安全性。但它對控制的要求很高，操作比較復雜，在平地行走時運動幅度 不大，動作緩慢。內(nèi)蒙古民族大學物理與機電學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構(gòu)，設計了一種雙聯(lián)星形機構(gòu)電動爬樓梯輪椅。 (2)輪組式 輪組式爬樓梯裝置按輪組中使用小輪的個數(shù)可分為兩輪組式、三輪組式以及四輪組 式。下面分別對國外、國內(nèi)各種類型裝置的發(fā)展作簡要介紹，并分析其各自優(yōu)缺點。 非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的多功能全自主的移動機器人技術多年來一直是機器人研究中的熱點問題之一．但是非結(jié)構(gòu)環(huán)境給移動機器人的運動造成了自主決策 和路徑規(guī)劃的困難． 越障機器人的研究．對擴展機器人的作業(yè)空間，在人不能到達或不便到達的環(huán)境中進行作業(yè)，具有重要的意義。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學校規(guī)定處理。此后，各國紛紛開始投入此項研究，其中美國、英國、德國和日本占主導地位，技術相對比較成熟，且有一些產(chǎn)品已經(jīng)投入市場使用。 4 履帶式結(jié)構(gòu)傳動效率比較高，行走時重心波動很小，運動非常平穩(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。上樓時先將 負重 抬高，再水平向前移動，如此重復這兩個過程直至爬完一段樓梯。要達到這種水 平，當前還有很多問題需要深入的研究，而其中的機器人樓梯環(huán)境智能導航問題是較為重要的一個研究課題。 （ 2）機構(gòu)設計上分類 履帶機器人 履帶式爬樓梯裝置的原理類似于履帶裝甲運兵車或坦克，其原理簡單，傳動效率比較高，行走時重心波動很小，運動非常平穩(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，技術比較成熟。 腿式機器人 早期的爬樓梯輪椅一般都采用步行式，其爬樓梯執(zhí)行機構(gòu)由鉸鏈桿件機構(gòu)組成。 輪、履、腿式移動機構(gòu)性能比較 車輪式、履帶式、腿 式移動系統(tǒng)性能比較見 下 表 1所示。 ④對機體質(zhì)心及其穩(wěn)定性進行分析，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 主要研究內(nèi)容 ⑴ 爬樓 機器人的原理研究和機械結(jié)構(gòu)的設計。 當車輪組機構(gòu)運行在平直的路面上時，受兩個車輪同時著地的約束限制，轉(zhuǎn)臂 5不能轉(zhuǎn)動只能隨車沿路面平動，此時驅(qū)動輪系演變成定軸輪系，實現(xiàn)機構(gòu)在平直面上的快速行駛； 當前進的車輪碰上高障礙（如樓梯）而停止不動時，驅(qū)動輪系就演變成行星輪系，轉(zhuǎn)臂 5帶著另外 4個車輪繞前輪的軸線回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)翻越障礙（即爬樓梯）的目的。 11 圖 2 機器人機構(gòu)簡圖 樓梯 小車輪 4 傳動齒輪 行星輪 太陽輪 行星架（轉(zhuǎn)臂） 車架 （二）、 研究目標及創(chuàng)新 爬樓 機器人 要求具有在平面行駛和爬樓梯的功能，當然也具備轉(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