摘要:本裝置是一個多功能型的電動載物爬樓助力裝置，它是為了解決中高樓層的居民(尤其是腿腳不便的人)腳力上下樓攜帶了重物以后難以爬樓的問題的，同時還可以減輕物流人員的物品搬運的負擔。既可以爬樓越階，又能夠平路行走的電動助力裝置。

本設計首先對國內外市場上現有的載物爬樓的裝置進行了簡要分析，指出了它們的不足之處。然后基于大家對裝置的功能需求，提出了一種適合多種人群使用的，多功能兩用爬樓裝置的設計方案，并根據設計方案對小車的機械結構組成和控制程序進行了分析，同時還對小車的爬樓速度、小車爬樓驅動力矩以及強度校核進行了計算。最后，基于Creo3.0 平臺進行了整車運動仿真，并對關鍵零件受力分析。

主要完成工作如下：

(1)對多功能電動載物爬樓裝置調研，比較不同的方案，確定最終方案。

(2)詳細設計多功能電動載物爬樓裝置的機械傳動系統和程序控制系統。

(3)基于Creo完成裝置的三維模型的裝配，并檢驗是否干涉，最后進行運動仿真。

(4)基于ANSYS對主要零件進行了靜力學分析，驗證設計的結構受力是否合理。

(5)在上述條件都滿足的情況下上，進行整體制作，并實地測試裝置可行性。

結果表明：在負載情況合理的情況下，本裝置無運動干涉，材料剛度和強度均滿足要求。是以本作品多功能電動載物爬樓助力裝置能夠保證安全，且具有較快的路行速度的能力，足夠達到無電梯公寓樓中的既要快速行駛又要安全載物爬樓的需要。

關鍵詞 載物裝置；多功能；爬樓；結構設計

目錄

摘要

Abstract

1 緒論-1

1.1 選題背景-1

1.2 國內外研究現狀-1

1.2.1 履帶式-1

1.2.2 輪組式-2

1.2.3 步進式-2

1.2.4 腿足式-3

1.3 研究意義-3

2 總體方案設計-5

2.1 設計要求-5

2.2 類型選擇-5

2.3 確定結構-5

2.3.1 機械結構-5

2.3.2 電子控制元件-6

3 機械結構設計-8

3.1 車架-8

3.2 扶手-8

3.3 車輪連接-9

3.4 支撐板-9

3.5 傳動機構-10

4 驅動系統設計-12

4.1 驅動電機的選擇-12

4.1.1 受力分析-12

4.1.2 電機選型-12

4.2 步進電機驅動原理-13

4.3 減速機的選擇-14

4.4 蓄電池的選擇-14

4.5 傳動軸的運動-15

4.5.1 各軸轉速-15

4.5.2 各軸的輸出功率-15

4.5.3 各軸的轉矩-15

4.5.4 動力參數整合-15

5 機械結構計算與校核-16

5.1 齒輪設計-16

5.1.1 選擇齒輪精度等級、材料、熱處理、齒面硬度、傳動比及齒數-16

5.1.2 按齒面接觸疲勞強度設計計算-16

5.1.3 確定齒輪傳動的參數和尺寸-18

5.1.4 校核齒根彎曲疲勞強度-19

5.2 軸的設計-20

5.2.1 軸的功用和分類-20

5.2.2 受力軸的校核分析-20

5.2.3 傳動II軸的計算與校核-22

5.3 軸承校核-23

6 關鍵零件靜力學分析-25

6.1 ANSYS簡介-25

6.2 ANSYS操作界面-25

6.3 詳細分析步驟-26

6.3.1 導入模型-26

6.3.2 添加材料庫-26

6.3.3 添加模型材料屬性-26

6.3.4 劃分網格-27

6.3.5 施加載荷和約束-28

6.3.6 結果后處理-28

6.4 分析報告-30

7 控制系統設計-31

7.1 電動機的連線-31

7.2 單片機控制原理-31

7.2.1 程序原理圖-31

7.2.2 程序編譯-32

8 總裝-33

8.1 三維模擬-33

8.2 實物裝配-34

結論-35

致謝-36

參考文獻-37

附錄-39

附錄1單片機控制程序-39