上楼装置.doc

上 海 师 范 大 学天 华 学 院设 计 说 明 书INSTRUCTION OF DESIGN作 品 名 称 “遛狗式”爬楼梯自动转弯小车 设 计 人 员 李孟阳、王栋、房凡 指 导 老 师 洪 家 娣 参 赛 单 位 天 华 学 院 2016年5月27日目 录摘要1遛狗式爬楼梯自动转弯小车说明书2作品内容简介31 研制背景及意义32 主要功能和性能指标33 设计方案43.1 机械机构43.2 控制机构54机构设计与工作原理5攀爬机构以及载物机构55创新点及应用66作品实物工作图67应用前景7参考文献79摘 要：“遛狗式”爬楼梯自动转弯小车是基于公园遛狗的仿生原理制作而成。在国内外现有的自动上楼式轮椅研究成果的基础上，结合楼梯自身结构特点，在对学生和老人实际需要以及大部分楼梯特有的扶手结构进行分析的基础上。模拟遛狗的动作，设计了自动爬楼梯转弯小车，实现了运载重物上楼、自主转弯以及自行下楼特点的有机结合。“遛狗式”上楼梯可自动转弯小车，通过电气控制，不需要直接连接便可以实现牵引，通过爬坡能力强的履带装置实现上楼，预计运载重物在20-30公斤，可以大大减轻学生行李箱的上下楼难题。结构有趣，加上一些plc控制，可以附带有趣的功能，其创新点主要体现在：1）采用非连接的方式，让小小车在扶手上进行运动，并带有激光位置控制。2）通过扶手上的激光点位置，控制小车爬楼的路径，并实现自主转弯。3）在小小车上，通过曲柄滑块机构，实现拐角转弯，到了直线扶手处两轮同时运动。本产品可广泛用于学生校园等无电梯楼层的使用，可以连续运行2-3小时，通过跟换电池，实现长时间运动，大大减少学生行李箱上下楼摔倒和不方便，无人化操作，附带有趣的功能，在上楼的同时可以带来乐趣，产品结构简单，原理通俗而富有科学性，创新成分多，对同类设备的设计有很好的参考价值。关键词：载物上楼 自主转弯 无连接的导航 “遛狗式”上楼梯可自动转弯小车说明书设计者：李孟阳、王栋、房凡（天华学院工学院，上海市）作品内容简介“遛狗式”爬楼梯自动转弯小车是基于公园遛狗的仿生原理制作而成。在国内外现有的自动上楼式轮椅研究成果的基础上，结合楼梯自身结构特点，在对学生和老人实际需要以及大部分楼梯特有的扶手结构进行分析的基础上。模拟遛狗的动作，设计了自动爬楼梯转弯小车，实现了运载重物上楼、自主转弯以及自行下楼特点的有机结合。“遛狗式”上楼梯可自动转弯小车，通过电气控制，不需要直接连接便可以实现牵引，通过爬坡能力强的履带装置实现上楼，预计运载重物在20-30公斤，可以大大减轻学生行李箱的上下楼难题。结构有趣，加上一些plc控制，可以附带有趣的功能，其创新点主要体现在：1）采用非连接的方式，让小小车在扶手上进行运动，并带有激光位置控制。2）通过扶手上的激光点位置，控制小车爬楼的路径，并实现自主转弯。3）在小小车上，通过曲柄滑块机构，实现拐角转弯，到了直线扶手处两轮同时运动。本产品可广泛用于学生校园等无电梯楼层的使用，可以连续运行2-3小时，通过跟换电池，实现长时间运动，大大减少学生行李箱上下楼摔倒和不方便，无人化操作，附带有趣的功能，在上楼的同时可以带来乐趣，产品结构简单，原理通俗而富有科学性，创新成分多，对同类上楼设备的设计有很好的参考价值。 1 研制背景及意义随着城市现代化的发展，特别是高层建筑的兴起，以学校为主要群体，楼层在五六层的中高层，在缺少电梯的情况下，一些行李箱的搬运就成了女孩子们的小麻烦，特别是雨天的时候，一个大大的行李箱真的很难搬上去，在一些小区里面，也会有四五楼没有电梯的情况发生，所以此时搬运就成了一个很值得解决的问题。通过对我的学校楼梯的研究和对大家行李箱的分析，设计出一种可以全自动上下楼的载物小车，预计可以载重2030KG，基本满足了大家的行李箱重量，而且考虑到大家上楼以后并不想把载物小车送下一楼，所以我们通过装置的设计让其自行回到一楼待命。目前市面上也有类似的小车，主要用于轮椅的上楼，以及一些人拉着上楼的小车，相比于这些小车，我们“遛狗式”小车最大的优点在于它能够自行实现转弯，这样就大大减少的人的参与，实现自动化上下楼。近年来，新型的科学技术不断研发，通过一些高科技的连接，以及自身所学知识，解决现实的一些小的困难，在丰富了大学生活的同时也改善了大学生活，在实践中不断的探索，通过多次的讨论，我和小组同学得到了这个我们觉得比较优良的方案。2 主要功能和性能指标经理论校验和分析。其主要功能和指标如下：（1）通过小小车的运动，右轮为主动轮，左轮为从动轮，在转弯时，左轮通过一个弹簧和一个曲柄滑块机构控制，通过对左轮的抱死，实现左转弯，下楼时即为右转弯转弯角度一般均为楼梯的转角90度；（2）采用适当的电机，通过小小车上的激光（或者红外线等，下文均称为控制源）控制小车运动，可以采用步进电动机，每当小小车的长臂左（右）发射一个进给信号，小车左（右）轮便前进一步，电动机需要承受50KG的动力；（3）通过履带式轮子，可以实现爬楼梯，并且当把控制源拿下来时，也可以实现平地的载物运动，简省体力和提供方便。（4）通过遥控器和单片机控制机构，可以实现自动上楼以及转弯，可控距离为五米。3 设计方案3.1 机械结构采用曲柄滑块机构，对小小车的左轮进行控制。其运动机构简图如图1所示：图1 机构运动简图一个曲柄滑块机构，当右侧当板受压时，滑块上移，不受压时，由于滑块自身的重力，下落至初始位置，F=3X3-2X4=1运动过程简述：通过小小车的控制源控制小车的运动，小小车上到了转角处，通过上图的曲柄滑块机构，会带着小车运动，不受压力时，由于重力下降，恢复之前的状态；3.2 控制结构在小小车上控制源对小车进行控制，一个控制源，一些PLC控制装置，通过电气控制实现目标。图2 控制过程控制过程简述：1）单片机读取遥控器无线信号，控制电机的正反转，实现爬行。2）单片机读取无线电信号，根据读取的信号，经判断，转入不同的子程序，控制两个电机的先后工作顺序和正反情况。4 机构设计与工作原理本作品主要是攀爬装置。机构曲柄滑块机构组成。工作原理为：控制源发射信号给小车，小车接收信号后，电动机转动带动履带运转，从而达到行走的目的；同时此装置中加入了单片机自动控制装置，从而完全实现了操作自动化。各部分结构的功能具体阐述如下： 攀爬机构以及载物机构图5 攀爬机构5 创新点及应用由于上楼提行李很不方便，本产品所设计根据安全稳定性、以及结构和操控简单性的原则，主要创新点体现如下几个方面： 1）采用非连接的方式，让小小车在扶手上进行运动，并带有激光位置控制。2）通过扶手上的激光点位置，控制小车爬楼的路径，并实现自主转弯。3）在小小车上，通过曲柄滑块机构，实现拐角转弯，到了直线扶手处两轮同时运动。6 作品实物设计三维工作图 三维工作视图- 实物工作图7 应用前景随着城市现代化的发展，特别是高层建筑的兴起，以学校为主要群体，楼层在五六层的中高层，在缺少电梯的情况下，一些行李箱的搬运就成了女孩子们的小麻烦，特别是雨天的时候，一个大大的行李箱真的很难搬上去，在一些小区里面，也会有四五楼没有电梯的情况发生，所以此时搬运就成了一个很值得解决的问题。通过对我的学校楼梯的研究和对大家行李箱的分析，设计出一种可以全自动上下楼的载物小车，预计可以载重2030KG，基本满足了大家的行李箱重量，而且考虑到大家上楼以后并不想把载物小车送下一楼，所以我们通过装置的设计让其自行回到一楼待命。目前市面上也有类似的小车，主要用于轮椅的上楼，以及一些人拉着上楼的小车，相比于这些小车，我们“遛狗式”小车最大的优点在于它能够自行实现转弯，这样就大大减少的人的参与，实现自动化上下楼。近年来，新型的科学技术不断研发，通过一些高科技的连接，以及自身所学知识，解决现实的一些小的困难，在丰富了大学生活的同时也改善了大学生活，在实践中不断的探索，通