王彥磊，武建新，朱吉魁，方海旺，陳 濤

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 機(jī)械學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古伯邦科技開(kāi)發(fā)有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引 言

在現(xiàn)代生活環(huán)境下，樓房是大多數(shù)人的主要居住場(chǎng)所，隨之而來(lái)的是在負(fù)重的情況上下爬樓不便。樓梯是人類自我創(chuàng)造環(huán)境中最常見(jiàn)的阻礙行動(dòng)不利場(chǎng)所。尤其是在一些低層樓房中，又沒(méi)有電梯，就一些大件或重件的物品往樓上搬運(yùn)造成了極大的困擾。

爬樓機(jī)器人或爬樓小車是目前自主或輔助爬樓的的主要工具，載物爬樓小車的課題研究主要是解決當(dāng)前靠人力無(wú)法搬運(yùn)或難以搬運(yùn)的貨物運(yùn)送上樓，載物爬樓小車可應(yīng)用于很多環(huán)境中，有深遠(yuǎn)實(shí)際應(yīng)用意義[1]。

1 載物爬樓小車的工作原理

電動(dòng)助力載物爬樓小車工作結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1，基于導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，在研究的過(guò)程中，主要采用減速器與四桿機(jī)構(gòu)復(fù)合的結(jié)構(gòu)，所研究產(chǎn)品時(shí)主要由四桿機(jī)構(gòu)來(lái)完成爬升樓梯，以及減速器的調(diào)節(jié)速度和機(jī)身本身架構(gòu)的零活性來(lái)滿足使用者的需求。助力小車的擺桿擺動(dòng)在一定工作空間內(nèi)可以越障，具有較強(qiáng)的上下臺(tái)階能力和翻過(guò)障礙的優(yōu)良性能[2]。

主要功能是輔助人力運(yùn)載貨物爬樓，實(shí)現(xiàn)在不費(fèi)力的情況下使重物快速上下樓，其中關(guān)鍵技術(shù)機(jī)構(gòu)就是一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，可以在小車每上一個(gè)臺(tái)階后由該機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一周與臺(tái)階接觸一次以抬起重物上一臺(tái)階。小車平穩(wěn)運(yùn)行，以保證貨物和人員的安全。

電動(dòng)助力爬樓小車可分為三種狀態(tài)：爬升樓梯、平地直線人力推行、平地推行轉(zhuǎn)彎。

圖1 小車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 載物爬樓小車總體設(shè)計(jì)方案

2.1 載物爬樓小車的發(fā)展現(xiàn)狀

到目前為止，我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)助力爬樓小車課題的研究相對(duì)國(guó)外就要落后了許多。雖然到現(xiàn)在為止有了較多的專利申請(qǐng)和研究成品，但是因?yàn)楦鞣矫娴脑?，環(huán)境的不同，質(zhì)量，重量，樓梯攀升角度的的性能的限制，至今還沒(méi)有豐富的產(chǎn)品可供國(guó)人購(gòu)買應(yīng)用。

2.2 載物爬樓小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

電動(dòng)助力載物爬樓小車適用于需要上下樓梯搬運(yùn)大件貨物，使其可以在沒(méi)有在樓梯方便的的樓上爬升搬運(yùn)貨物。電動(dòng)助力爬樓機(jī)需要一個(gè)循環(huán)的支撐系統(tǒng)，可在樓梯上爬升的車架，和可以在平地上推行的一對(duì)車輪，電源控制按鈕和手持推行操作握桿上的安裝高度要符合人體工程學(xué)[3]。如圖2為載物爬樓小車的裝配圖。

圖2 四桿機(jī)構(gòu)爬樓小車3維裝配圖

電動(dòng)助力爬樓小車由一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由離合器和減速器傳動(dòng)，保證小車在爬升樓梯時(shí)可以平穩(wěn)運(yùn)行。動(dòng)力來(lái)源是一個(gè)可充式等的蓄電電池，電池可取出更換或充電。充電狀態(tài)可以在車架上的指示燈顯示。

主要是通過(guò)輔助人力實(shí)現(xiàn)樓梯攀爬動(dòng)作要求，以減輕人力，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高上下樓梯搬運(yùn)貨物的效率以及安全性，需要設(shè)計(jì)一個(gè)安全可靠輔助人力搬運(yùn)貨物的電動(dòng)助力爬樓小車。

由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)離合器，再由減速箱進(jìn)行減速，減速箱將較低的轉(zhuǎn)速專遞到給機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)，由機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)將輸出轉(zhuǎn)速傳到執(zhí)行元件，從而實(shí)現(xiàn)助力爬樓小車的上下爬樓[4]。如圖3就是爬樓小車設(shè)計(jì)時(shí)的所需要考慮到的幾個(gè)部件，圖示的依據(jù)動(dòng)力傳遞方向來(lái)分析設(shè)計(jì)的，其主要功能是在其執(zhí)行元件部分完成。

圖3 主要功能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力路線圖

3 載物爬樓小車的控制傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)過(guò)程中的難點(diǎn)也是重點(diǎn)，選用直流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)離合器空中四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)作，每轉(zhuǎn)一周將貨物抬高一個(gè)臺(tái)階，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速抬高，又通過(guò)一級(jí)減速器降速，使上升速度在2～3 s一個(gè)臺(tái)階，達(dá)到運(yùn)作平穩(wěn)，操作省力的目的。

如圖4所示為滑塊四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，從電動(dòng)機(jī)出來(lái)跟一離合器相連，離合器由操作人手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)人按下按鈕離合器吸合，通過(guò)一級(jí)齒輪減速器降速帶動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，在曲柄旋轉(zhuǎn)一周將帶動(dòng)搖桿擺動(dòng)一次，也就是可是實(shí)現(xiàn)搖桿接觸臺(tái)階將貨物抬起上升一個(gè)臺(tái)階，以此循環(huán)，即可完成將貨物運(yùn)送上樓。

采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)做為行駛系統(tǒng)的爬樓車輛。該車輛在行駛過(guò)程中，可通過(guò)導(dǎo)桿支撐地面實(shí)現(xiàn)爬樓越障功能。

圖4 小車動(dòng)力傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖1.直流電機(jī) 2.轉(zhuǎn)離合器 3.減速器 4.擺桿 5.搖桿 6.支撐桿 7.活塞桿

4 結(jié) 語(yǔ)

為了考慮到機(jī)器的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，避免在規(guī)定的使用時(shí)限內(nèi)失效，要做到定期檢查與維修，保證完成工作任務(wù)的前提下正常運(yùn)行[5]。

因?yàn)殡妱?dòng)助力載物爬樓小車的負(fù)載不是很重、工作轉(zhuǎn)速低、設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)爬樓小車采用的潤(rùn)滑方式是脂潤(rùn)滑，其具有好的密封性功能，大大可以避免或減少外部環(huán)境的污染，如灰塵、潮濕的空氣等惡略環(huán)境對(duì)軸承以及齒輪嚙合的影響。

參考文獻(xiàn):

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[5] 馮清秀，鄧星鐘.機(jī)電傳動(dòng)控制[M].第五版.武漢：華中科技大學(xué)出版社,2011.