行星轮式智能楼梯运输车设计

    0 　引言

    本文讨论的是用于楼梯上搬运物品的智能运输车。楼梯是人造环境中最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一，爬楼梯运输车的研究是解决当前全自主机器人在非结构环境下正常工作的重要环节之一。爬楼梯运输车可应用于危险环境探查、搬运、清扫等作业，不仅保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，还可以提高生产效率，节约原材料消耗以及降低生产成本，其实际意义重大。

    1 　爬楼梯运输小车的总体设计

    1 ．1 　小车的机械设计

    智能楼梯车结构如图1所示。它由轮子、齿轮、底盘、十字轮组、链轮和减速箱等组成。其中，十字轮组是由行星齿轮组构成，具有两个旋转自由度。十字轮组的公转使智能楼梯车能在楼梯上行走，实现爬楼动作；轮子的自转使得智能楼梯车能够在平地上自由行驶。其传动部分采用了大减速比的蜗轮蜗杆减速箱，能够实现锁止的功能，使楼梯车在上楼过程中停止时能够及时刹车，不至于后退。图2为智能楼梯车底盘。

    图1 　智能楼梯车概念图

    图2 　智能楼梯车底盘

    该结构设计的优点如下：

    （1） 平顺的行驶能力。楼梯车在平地行驶时，每个十字轮总是有两个轮子着地，电机的动力通过链轮传递到十字轮组的中间轴，中间轴通过行星齿轮组将动力传递到驱动轮。

    （2） 可靠的爬楼能力。当楼梯车遇到楼梯或者障碍时，十字轮组变换成行星轮系翻滚前进，电机的动力通过大减速比的蜗轮蜗杆减速箱传递给齿轮，再通过齿轮副传递给十字轮组。

    1 ．2 　小车的传动设计

    1 ．2 ．1 　十字轮组设计

    小车十字轮如图3 所示。十字轮组采用行星轮式结构，轮子与轴通过平键连接，并用螺母进行轴向固定，轮子的中心轴线均匀分布在同一个圆上。轴与驱动齿轮通过平键连接，传动轴一端和链轮配合，另外一端和中心齿轮配合，并通过轴承座固定在楼梯车底盘上。十字轮组通过轴承座固定在楼梯车底盘上，十字轮组承载着整个楼梯车。当楼梯车在平地行驶时，前后电机停止转动，侧向电机转动，通过链传动传递动力给传动轴，然后传递给中心齿轮，并由中心齿轮通过过渡齿轮以及驱动齿轮传递给轴，最后再传递给车轮。过渡齿轮使得驱动齿轮的转向与中心齿轮相同，楼梯车得以前进。