王晶 陸逸涵 曹越 張金龍

【摘 要】為了解決市面上現(xiàn)有的輔助爬樓機(jī)存在穩(wěn)定性差、自重大、安全性低和操作不便等諸多問題，設(shè)計(jì)了一種基于搖桿機(jī)構(gòu)電助力爬樓機(jī)，該機(jī)構(gòu)可以根據(jù)不同工況調(diào)整工作模式，并分析了爬樓機(jī)在爬樓和平地兩種工況的作業(yè)過程。最后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行Croe仿真和實(shí)驗(yàn)，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該爬樓機(jī)可以適應(yīng)爬樓和平地兩種工作狀態(tài)，且有良好的性能。

【關(guān)鍵詞】帶載運(yùn)輸車;帶載爬樓;爬樓機(jī);仿真

中圖分類號(hào)： TP391.9;TG386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）11-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.010

【Abstract】The existing auxiliary stair climber on the market has many problems，such as poor stability，self-importance，low safety and inconvenient operation.In order to solve them，an electric power-assisted climbing machine based on rocker mechanism is designed.The mechanism can adjust the working mode according to different working conditions.The operation processes of the climber in the conditions of climbing the stairs and the ground are analyzed. Finally，the Croe simulation and experiment are carried out on the structure.The results show that the climbing machine can adapt to the two working conditions and has good performance.

【Key words】Loaded transport vehicle;Loaded climbing building;Climbing machine;Simulation

0 引言

國(guó)外對(duì)爬樓裝置的研究開始得相對(duì)較早，最早的專利是1892年美國(guó)的Bray發(fā)明的爬樓梯輪椅。此后，各國(guó)紛紛開始投入此項(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。我國(guó)對(duì)此類裝置的研究雖然起步較晚，但近年來也涌現(xiàn)了很多這方面的專利[1]，然而投入實(shí)際使用的還很少，加之當(dāng)今社會(huì)網(wǎng)絡(luò)日益發(fā)達(dá)，網(wǎng)購(gòu)已經(jīng)成為主流購(gòu)物途徑，各種生活用品在網(wǎng)上都可以買到，配送行業(yè)隨之發(fā)展迅速，當(dāng)快遞人員或搬運(yùn)工送到?jīng)]有電梯的高層住宅時(shí)，爬樓往往會(huì)消耗很長(zhǎng)的時(shí)間。運(yùn)送較重物品時(shí)，難免會(huì)力不從心。借助一種工具或是裝置助其搬運(yùn)，不僅可以節(jié)省運(yùn)貨人員的體力，還可以提高運(yùn)貨效率。[2]

目前，按爬樓梯功能實(shí)現(xiàn)的原理主要分為步行式、履帶式、輪組式、步進(jìn)支撐式爬樓梯裝置[3]。步行式爬樓裝置存在對(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)作緩慢等問題[4];履帶式爬樓裝置存在重量大、運(yùn)動(dòng)不夠靈活、爬樓時(shí)在樓梯邊緣造成巨大的壓力，對(duì)樓梯有一定的損壞;且平地使用所受阻力較大，而且轉(zhuǎn)彎不方便等問題[5];輪組式爬樓裝置存在上下樓梯時(shí)平穩(wěn)性不高，重心起伏較大，裝置體積較大，等問題;步進(jìn)支撐式爬樓裝置存在要有人輔助完成爬樓動(dòng)作。為此設(shè)計(jì)了一款以搖桿為主要機(jī)構(gòu)的爬樓機(jī)，建立了爬樓機(jī)的三維模型，通過Croe進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)證明可以滿足要求。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 總體方案

本設(shè)計(jì)組成部分主要由主車體機(jī)架、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)心裝置和平地輔助裝置構(gòu)成，在平地運(yùn)動(dòng)時(shí)由電機(jī)供動(dòng)力，依靠橡膠輪胎和平地輔助裝置運(yùn)動(dòng)。做爬樓運(yùn)動(dòng)時(shí)采用電機(jī)提供動(dòng)力，爬樓搖臂實(shí)現(xiàn)爬樓動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)載物上、下樓的功能。

1.2 主體機(jī)架

爬樓機(jī)的主體機(jī)架采用鋁合金，從而達(dá)到在相同性能裝置輕量化的目的，使在使用中更加省力、便捷[6]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中主要由手柄、載物架、橡膠輪胎、爬樓搖臂、平地輔助裝置等組成。

1.3 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2所示，由電機(jī)、大輪、電機(jī)承載、滑移齒輪、爬樓搖臂構(gòu)成，其關(guān)鍵為爬樓搖臂。

在進(jìn)行爬樓運(yùn)動(dòng)時(shí)，將滑移齒輪打到左端，通過齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)爬樓動(dòng)作。在進(jìn)行平地運(yùn)動(dòng)時(shí)，將滑移齒輪打到右端，齒輪不嚙合，搖臂不工作，大輪工作，實(shí)現(xiàn)平地運(yùn)動(dòng)。

電機(jī)承載機(jī)構(gòu)用于盛放電動(dòng)機(jī)，與車架采用焊接方式連接。

1.4 調(diào)心裝置

為了解決負(fù)載較大時(shí)，爬樓機(jī)整體重心不穩(wěn)，操作不便的問題，設(shè)計(jì)了載物架可以上下進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能。通過載物架的調(diào)節(jié)，可以使整個(gè)爬樓機(jī)的重心得以調(diào)節(jié)。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

需要進(jìn)行調(diào)整重心時(shí)，把載物架向上提起，將圓棒放置在更高一級(jí)或更低一級(jí)的鉤子上，即可完成調(diào)整重心的動(dòng)作。

1.5 平地輔助裝置

爬樓機(jī)往往也需要在平地上拖行貨物，普通爬樓機(jī)在平地上運(yùn)動(dòng)時(shí)不便操作，需要人工扶住爬樓機(jī)。為了解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一種可以在需要平地運(yùn)動(dòng)時(shí)放下，爬樓時(shí)收起的平地輔助裝置。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在進(jìn)行爬樓運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓棒卡扣于卡件內(nèi)，平地輔助裝置處于收起狀態(tài)，不影響爬樓機(jī)的爬樓運(yùn)動(dòng);在進(jìn)行平地拖行時(shí)，下壓卡件，讓圓棒脫離，平地輔助裝置展開。

2 爬樓機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

爬樓機(jī)在使用的過程中分為平地運(yùn)動(dòng)和爬樓運(yùn)動(dòng)，以下對(duì)爬樓機(jī)平地運(yùn)動(dòng)和爬樓運(yùn)動(dòng)的過程做分析。

2.1 爬樓運(yùn)動(dòng)

爬樓過程是本次設(shè)計(jì)爬樓機(jī)的重點(diǎn)，現(xiàn)假設(shè)爬樓機(jī)相關(guān)參數(shù)、尺寸和樓梯的參數(shù)都合適，則爬樓機(jī)進(jìn)行爬樓運(yùn)動(dòng)過程如表1所示。

2.2 平地運(yùn)動(dòng)

進(jìn)行平地運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先將滑移齒輪打到右端，進(jìn)入平地運(yùn)動(dòng)模式。再將固定裝置下壓，使定位棒脫離，桿1與桿2展開，滑塊下移至定位板位置，桿1與桿2達(dá)到死點(diǎn)位置，起到穩(wěn)定裝置的作用，此時(shí)平地裝置可以支撐爬樓機(jī)在平地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。若再要進(jìn)行爬樓運(yùn)動(dòng)時(shí)將滑移齒輪打到左端，使搖臂工作，并將定位棒上提，卡入固定裝置即可。

3 仿真及實(shí)驗(yàn)

對(duì)爬樓機(jī)進(jìn)行Croe仿真，主要觀察爬樓搖臂是否可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，整機(jī)工作是否良好。通過仿真得出搖臂對(duì)于地面的位置如圖像5。根據(jù)圖像可以計(jì)算出搖臂的最高位置距地面260mm，滿足一般樓梯的高度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種新型帶載樓梯運(yùn)輸車，其綜合了市面上許多爬樓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，一定程度上解決了樓梯搬運(yùn)以及在平地爬樓機(jī)如何工作的問題。對(duì)爬樓機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析了爬樓機(jī)在工作時(shí)的過程;并通過Croe仿真驗(yàn)證了該爬樓機(jī)的可行性。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]程偉，喬鐵良，等.一種爬樓機(jī)器人[P].陜西：CN206218050U，2017-06-06.

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