随着我国经济社会的不断发展,人们对生活质量的要求也不断提高。伴随着我国老龄化进程的加快和残疾人口的持续增长,他们对提升出行质量的需求十分迫切。虽然各式各样的助老、助残装置不断投入市场,但普通的轮椅只能在无障碍的平地上使用,无法满足行动不便的老年人和肢体残障人士攀爬楼梯的需求,而国外具备爬楼梯功能的轮椅则价格高昂,难以进入寻常百姓家。为了提高上述人群的生活质量,更好地帮助他们解决日常出行问题,提升对他们的关怀,本文从功能需求和目标人群的经济水平出发,设计并制作了一款基于行星轮式攀爬机构的电动爬楼轮椅,具有结构紧凑、操纵简单、价格适宜等优点,并通过动力学分析和仿真,对其实现自平衡行走进行了研究。本文的主要研究内容如下:(1)在充分了解建筑楼梯模数和电动轮椅车相关国家标准的基础上,制定了本文电动爬楼轮椅的主要技术指标,设计了攀爬楼梯机构、平地运动机构、防倾翻支架、基于人机工程学的座椅和控制系统方案等,并详细分析了各个机构的设计特点。借助于CAD软件SolidWorks建立了电动爬楼轮椅的三维模型,以便于直观地了解各个机构的工作原理,并对轮椅攀爬楼梯的过程进行了演示。(2)在分析了行星轮式攀爬机构运动特性的基础上,根据双星轮组和楼梯台阶的尺寸与位置关系,提出了轮椅的理想攀爬状态,据此确定了其尺寸参数,并对轮椅的动力系统进行了设计,并通过计算和仿真验证了设计的可行性。通过对轮椅稳定裕度的分析,验证了防倾翻支架的有效性。对轮椅关键零件进行了基于ABAQUS的有限元分析,确保了机械机构设计的合理性和可靠性。(3)针对电动爬楼轮椅站立行走的自平衡问题,设计了自抗扰控制策略,并在MATLAB/Simulink环境下建立了仿真模型,通过与ADAMS软件进行轮椅自平衡模型的联合仿真,验证了所设计的轮椅机械结构的合理性和控制策略的有效性,为电动爬楼轮椅今后拓展自平衡功能提供了理论依据。(4)根据上文对电动爬楼轮椅机械结构的设计,基于STM32单片机完成了控制系统的软硬件设计,并在实验室条件下搭建了物理样机。通过所设计的基于Android系统的手机应用程序,设计并完成了样机的数据读取实验、平地回转实验和爬楼梯实验,验证了本文电动爬楼轮椅整体设计方案的可行性。