可爬梯无人配送车的机械结构设计
摘 要随着电商、物流产业迅速发展，快递已经和我们的生活息息相关了，足不出门便可以买到我们所需的东西，发展智慧物流在物流业内已经形成共识。但在实现真正的无人配送中，普通的配送车都不具有爬楼梯和翻越障碍的功能。本课题就是为了解决此难题而设计的。本文提出了一种轮腿复合式车，并对其进行详细设计和分析。本文首先介绍了爬梯机器人的研究现状；随后确定了机构的各个组成结构的尺寸和安放位置；通过三维建模进行模拟运动仿真；再深入的对配送车模型进行静力学和动力学仿真分析。
目录
引 言 1
一 研究现状 2
（一）课题研究的目的 2
（二）爬楼机目前研究状况 2
（三）各类爬楼机的性能比较 4
二 无人配送小车的总体设计 4
（一）基本设想结构 4
（二）模型介绍 5
（三）腿部机构设想 6
（四）驱动轮机设计 7
（五）从动轮设计 8
三 配送车运动轨迹 10
（一）上楼过程 10
（二）上楼结束 11
（三）下楼过程和结束 11
四 静力学分析 12
（一）静力学仿真建模 12
（二）静力学仿真结果解析 12
五 配送小车动力学分析 15
（一）ADAMS介绍 15
（二）配送小车虚拟样机建立 15
（三）仿真结果分析 17
总结 21
参考文献 22
致谢 23
引 言
随着中国物流业信息化水平不断提高，一批新兴技术开始在物流领域广泛应用，物流业正在进行智能升级，国家也发布了相应的纲领大力推动智能物流发展，根据资料显示，仅去年，国内智能物流市场规模达到2000亿元，到2025年有望超过万亿元[1]。现在市面上的物流机器人几乎都只具有在平地直线运动的能力,而在生活中，楼梯也是常见的地形环境。本文设计了一种可爬梯的无人配送车，可具有爬楼的功能。采取腿式与轮式复合的方法。用电动推杆实现车体竖直方向上的运动，以电机转动驱动轮转动的方式实现车体水平方向上的运动。如此往复运动以实现配送货物上下楼梯。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
一 研究现状
（一）课题研究的目的
近年来，随着电商行业发展，数据显示，从2012年到2016年，中国网络零售额从1.3万（亿元）猛增到5.2万（亿元），跃升成为环球第一大网络零售大国。伴随网购的蓬勃发展，中国的邮政和快递营业也呈现出井喷之势[]。2018年19月，全国快递服务企业业务量同比增长24.8%。
目前来看，顺丰、圆通、韵达、阿里、京东以及国外的亚马逊等巨头，基本上有配送业务的都开始进行无人配送项目的研究。无人配送成本相对较低，节省人力和时间成本。对于以配送业务为核心的企业，无人配送在效率和成本上的优势，无疑是其业绩和利润提升的创新性路径。
而在当今的社会中，楼房已经普遍存在了，如何在没有电梯的楼房中，真正实现送货上门，楼梯成为了主要的障碍之一。因此为无人配送车设计一个结构简单，运动平稳，又能满足对爬楼梯这一基本功能的装置成为了研究的热点。
（二）爬楼机目前研究状况
现介绍各种爬梯机器人的类型，按不同的传动方式可分为：星轮式、履带式、步进支撑式。
1.星轮式爬楼机
目前星轮式爬楼机一般由三到五个轮构成。星轮式既有自转，又有公转。由于其星轮轮距和深度固定，而楼梯台阶的高、宽尺寸不一，在爬行中容易出现错位打滑现象，存在一定安全隐患。国内星型轮爬楼机由于没有防滑制动功能，结构简单造价低廉，在上下楼时需要人力拉拽以防止其往下滑行，对于自重近50公斤的轮椅加人体重量，一旦出现打滑将难以控制[]。但因为其结构简单价格低廉，所以在一定程度上还是有市场价值的。如图11所示。
图11星轮式爬楼机
2.履带式爬楼机
在我国《我爱发明》一档节目中，有一个发明者便研究出了一个代步先锋。如图12所示。他是按照类似于坦克原理设计的。上下楼梯运行平稳，履带齿轮可以扣着棱边走提高摩擦力。但其最大的斜度只有30到40度，如果坡度超过其角度，重力靠后靠前都容易侧翻。且履带磨损较大以至后期维修成本高。安徽理工大学江雪，北京林业大学吉洋等人也对履带式结构进行了更加智能化的设计研究。
图 12 代步先锋
3.步进支撑式爬楼机
步进式是最早期的爬楼装置，经过百年的演变，现在是所有爬楼机中安全系数最高的。它是模拟人双腿上下楼梯的形态。步行机构中如两足布进占地空间小，可在狭窄的环境中运动；四足布进可有较强的地形适应能力和负载能力，等等。而因国内相关厂家还不掌握其特殊的设计和技术，我国很多市面上看见的都是外国制造的，价格偏高。如图13所示。
如图 13 步进式
（三）各类爬楼机的性能比较
表11 各类爬楼机性能比较
传动方式
星轮式
履带式
步进支撑式
代表品牌
金运（北京金运世纪）
萨瓦瑞亚（惠州）惠州、深川组装
SAND（奥地利）上海展大代理
载重
100kg612级/min
130kg0.48m/min
115160kg（可选）
10、14、18级/min
爬楼速度防下滑制轮
无
无
目录
引 言 1
一 研究现状 2
（一）课题研究的目的 2
（二）爬楼机目前研究状况 2
（三）各类爬楼机的性能比较 4
二 无人配送小车的总体设计 4
（一）基本设想结构 4
（二）模型介绍 5
（三）腿部机构设想 6
（四）驱动轮机设计 7
（五）从动轮设计 8
三 配送车运动轨迹 10
（一）上楼过程 10
（二）上楼结束 11
（三）下楼过程和结束 11
四 静力学分析 12
（一）静力学仿真建模 12
（二）静力学仿真结果解析 12
五 配送小车动力学分析 15
（一）ADAMS介绍 15
（二）配送小车虚拟样机建立 15
（三）仿真结果分析 17
总结 21
参考文献 22
致谢 23
引 言
随着中国物流业信息化水平不断提高，一批新兴技术开始在物流领域广泛应用，物流业正在进行智能升级，国家也发布了相应的纲领大力推动智能物流发展，根据资料显示，仅去年，国内智能物流市场规模达到2000亿元，到2025年有望超过万亿元[1]。现在市面上的物流机器人几乎都只具有在平地直线运动的能力,而在生活中，楼梯也是常见的地形环境。本文设计了一种可爬梯的无人配送车，可具有爬楼的功能。采取腿式与轮式复合的方法。用电动推杆实现车体竖直方向上的运动，以电机转动驱动轮转动的方式实现车体水平方向上的运动。如此往复运动以实现配送货物上下楼梯。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
一 研究现状
（一）课题研究的目的
近年来，随着电商行业发展，数据显示，从2012年到2016年，中国网络零售额从1.3万（亿元）猛增到5.2万（亿元），跃升成为环球第一大网络零售大国。伴随网购的蓬勃发展，中国的邮政和快递营业也呈现出井喷之势[]。2018年19月，全国快递服务企业业务量同比增长24.8%。
目前来看，顺丰、圆通、韵达、阿里、京东以及国外的亚马逊等巨头，基本上有配送业务的都开始进行无人配送项目的研究。无人配送成本相对较低，节省人力和时间成本。对于以配送业务为核心的企业，无人配送在效率和成本上的优势，无疑是其业绩和利润提升的创新性路径。
而在当今的社会中，楼房已经普遍存在了，如何在没有电梯的楼房中，真正实现送货上门，楼梯成为了主要的障碍之一。因此为无人配送车设计一个结构简单，运动平稳，又能满足对爬楼梯这一基本功能的装置成为了研究的热点。
（二）爬楼机目前研究状况
现介绍各种爬梯机器人的类型，按不同的传动方式可分为：星轮式、履带式、步进支撑式。
1.星轮式爬楼机
目前星轮式爬楼机一般由三到五个轮构成。星轮式既有自转，又有公转。由于其星轮轮距和深度固定，而楼梯台阶的高、宽尺寸不一，在爬行中容易出现错位打滑现象，存在一定安全隐患。国内星型轮爬楼机由于没有防滑制动功能，结构简单造价低廉，在上下楼时需要人力拉拽以防止其往下滑行，对于自重近50公斤的轮椅加人体重量，一旦出现打滑将难以控制[]。但因为其结构简单价格低廉，所以在一定程度上还是有市场价值的。如图11所示。
图11星轮式爬楼机
2.履带式爬楼机
在我国《我爱发明》一档节目中，有一个发明者便研究出了一个代步先锋。如图12所示。他是按照类似于坦克原理设计的。上下楼梯运行平稳，履带齿轮可以扣着棱边走提高摩擦力。但其最大的斜度只有30到40度，如果坡度超过其角度，重力靠后靠前都容易侧翻。且履带磨损较大以至后期维修成本高。安徽理工大学江雪，北京林业大学吉洋等人也对履带式结构进行了更加智能化的设计研究。
图 12 代步先锋
3.步进支撑式爬楼机
步进式是最早期的爬楼装置，经过百年的演变，现在是所有爬楼机中安全系数最高的。它是模拟人双腿上下楼梯的形态。步行机构中如两足布进占地空间小，可在狭窄的环境中运动；四足布进可有较强的地形适应能力和负载能力，等等。而因国内相关厂家还不掌握其特殊的设计和技术，我国很多市面上看见的都是外国制造的，价格偏高。如图13所示。
如图 13 步进式
（三）各类爬楼机的性能比较
表11 各类爬楼机性能比较
传动方式
星轮式
履带式
步进支撑式
代表品牌
金运（北京金运世纪）
萨瓦瑞亚（惠州）惠州、深川组装
SAND（奥地利）上海展大代理
载重
100kg612级/min
130kg0.48m/min
115160kg（可选）
10、14、18级/min
爬楼速度防下滑制轮
无
无
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