随着社会进步,我国人口老龄化问题日益严重。研发一款具有爬楼功能的智能轮椅,将对改善老年人及残疾人的出行状况提供很大的帮助。本课题设计研发了一款轮腿式爬楼轮椅,它可以应对多种不同的出行环境,满足行动不便者出行的实际使用需求。该轮椅作为一种复杂的机电一体化产品,如何合理控制其工作便成为研究的关键,本文针对爬楼轮椅前腿机构的控制系统展开研究。在对爬楼轮椅前腿机构控制系统的硬件和软件设计完成后,通过实验测试来验证控制系统的正确性和实用性。首先,介绍了前腿机构在爬楼轮椅不同工作模式下的作用,通过对爬楼轮椅的功能分析,确定了前腿机构控制系统中的三个执行机构:前腿升降机构、底盘环境感知机构和前腿位姿调节机构;接着对执行部件的机械机构及传动关系进行了分析,根据轮椅的动作要求和预期实现的功能,确定了前腿机构控制系统的总体方案。其次,完成了爬楼轮椅前腿机构控制系统的硬件和软件设计。硬件方面主要完成了以STC单片机为核心的控制板制作,以及多机通信电路、传感器应用电路、电机驱动电路的设计。软件方面则搭建了整个控制系统的框架,并对其中的主程序和各个子程序进行了设计;整个控制系统分为手动模式、上位机模式和自动模式三种运行模式,手动和上位机模式在轮椅前期安装调试阶段使用,在调试完成后,最终的控制程序需要运行在自动模式;程序的重点为各执行机构的运动控制程序及对应的模糊PID等控制算法。最后,在爬楼轮椅实验平台上对编写的程序进行测试,并对测试结果进行分析,其中重点对上下位机多机通信、传感器数据检测和执行机构控制系统进行测试。在测试过程中,解决了多机通信时遇到的接收数据包不完整及通信中断等问题,并对传感器测量误差的来源进行了分析。经过多次测试表明,执行机构的控制系统可以实时地响应上位机下发的控制指令,能够快速、准确地将执行机构运动到目标位置,完成爬楼轮椅的预期动作要求。