随着我国现代化进程的加快,人们的物质生活有了明显的提高,与此同时伴随着人口老年化的加剧以及残障人士的日益增长,如何改善他们的生活是我们必须要面对的问题。虽然助老、助残服务机器人系列产品有了一定的发展,但是普通的轮椅无法适用于沟壑、台阶、楼梯等路况。针对上述问题,本文设计了一款结构简洁、容易操控的多功能爬楼梯轮椅,可通过行星轮系的变换实现平地行走、站立行走和爬楼三种功能。使用联合仿真技术验证虚拟样机设计的合理性,在此基础上搭建了物理样机,并根据轮椅的工作模式设计典型实验进行验证。本文的主要研究内容如下:1.爬楼机构的设计。通过对比星轮式、履带式、腿式和复合式爬楼机构的优缺点,确定了爬楼机构的方案,设计一款基于行星轮系的多功能爬楼轮椅。对轮椅越障过程进行分析,并建立动力学模型;同时根据轮椅的工作模式,对电机进行选型,并建立了电机的数学模型。2.虚拟样机的联合仿真。设计了模糊自整定PID控制器,并在Simulink环境搭建了电机模糊自整定PID控制器,构建了电机的闭环控制。将建立的三维模型导入ADAMS中,并通过MATLAB和ADAMS进行联合仿真,验证了所设计的机械结构和控制算法的合理性。3.轮椅控制系统的设计。控制系统的设计主要包括硬件电路的设计和软件程序的编写,硬件电路的设计主要包括基于STM32最小系统的设计、电机驱动电路、外围检测电路和反馈电路的设计。软件程序的编写是根据轮椅的功能采用了模块化的设计思想,同时设计了一款手机控制软件以便于轮椅的调试。最后完成了爬楼轮椅控制系统软/硬件调试。4.物理样机的搭建与典型实验的验证。将设计的轮椅进行加工装配,搭建了爬楼轮椅的物理样机。根据轮椅工作模式设计了轮椅直线行走、转弯和爬楼等实验,对整机进行性能的测试。将所得实验数据和仿真实验进行对比,对测试实验的结果和误差来源进行了分析。本文将虚拟样机的数字化设计和物理样机试验进行结合,对爬楼轮椅的机械结构和控制系统进行设计和分析,对同类产品的设计和优化具有参考作用。通过实验验证,所设计的爬楼轮椅具有较强的适应能力和较高的稳定性。