李鎧旭 于婷 張權(quán)藝

摘要：隨著人們出行越來越頻繁，沒有電梯的住宅區(qū)用戶的行李搬運問題一直亟待解決，大包行李攜帶不方便，不便于出行。無電梯樓棟攜帶行李上下樓的不方便性，讓本來旅途勞累的我們更辛苦；拖著重重行李箱爬高樓層，讓我們望而卻步。因此我們設計一種能夠幫助人們“搬運”行李上下樓的機器，希望以此為人們提供方便。本文就簡易爬樓支架的設計提出了我們的見解。

關(guān)鍵詞：履帶支架

正文：

近年來，我國經(jīng)濟呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢，人們生活水平越來越高，在物質(zhì)生活的基礎之上，人們開始追求精神生活。2018年國內(nèi)旅游人數(shù)55.39億人次 旅游總收入5.97萬億元。伴隨著旅游人數(shù)的增長，許多問題也隨之而來。比如行李的攜帶，雖然現(xiàn)在的飛機和高鐵都有托運服務，但是如何把行李運送出門或者拿回家成為了問題的關(guān)鍵。電梯雖然可以幫助人們解決這個問題，但它也不是萬能的，電梯作為機電合一的一種空間垂直運輸設備，隨著高層住宅的大量建造，其應用更加廣泛。然而，隨著時間的推移，當高層住宅電梯漸漸步入“老年”后，故障、維修、更新由此產(chǎn)生的一系列費用又會成為一道生活難題。特別是近年來，電梯關(guān)人、“咬人”事故頻發(fā)，而最近發(fā)生的電梯“吃人”更是讓大家心里發(fā)生恐懼，發(fā)生電梯責任事故后，制造廠家、維保企業(yè)、物業(yè)公司、業(yè)主等又經(jīng)常是相互推卸責任“踢皮球”，要解決重重困境，首先必須理順法律關(guān)系，解決好所涉及的法律難題。于是在電梯并沒有完全普及以及可能會存在安全隱患的情況下，提著行李箱爬六七樓，顯然不是一件容易的事，更不要說有時行李過多沒有辦法一次拿完，需要往返樓上樓下多次。行李問題在學生身上表現(xiàn)的尤為突出，許多高校都有不少的住校生，由于學校建校久遠，許多硬件設施跟不上時代變化，沒有電梯，于是在放假和開學時同學們要提著十分沉重的行李上下樓，困難萬分。尤其是女同學，女生宿舍管理嚴格，不允許男生進入。女同學帶著很多行李返校，帶著行李上樓都成為了一件困難的事情，也是我們亟待解決的問題。針對這一問題，我們結(jié)合了對遙控器與傳感器的使用，總結(jié)了一系列的問題與經(jīng)驗，確定了遙控履帶爬樓支架設計的課題。

在設計履帶支架的過程中，首先需要解決的問題就是履帶式底盤的構(gòu)造問題，我們選擇由支重輪，拖鏈輪，導向輪，驅(qū)動輪，履帶，履帶架，履帶行走架組成的履帶式底盤結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于越障能力，地形適應能力，抓地能力強，爬樓梯性能優(yōu)越。履帶形狀可變，其構(gòu)型可以根據(jù)地形條件和作業(yè)要求進行適當變化。其次在爬樓過程中，勢必會遇到轉(zhuǎn)向的問題，我們的履帶爬行支架主體采用四條形狀可變的履帶，左邊履帶和右邊履帶各由兩個主電動機驅(qū)動。當左右兩條履帶速度相同時，爬行支架將實現(xiàn)前進或后退移動。當左右兩邊履帶速度不同時，爬行支架可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動。

我們平時用的行李箱的重量最大的可達25kg，這樣就要求我們的履帶底盤與支架必須結(jié)實耐用，同時履帶支架的重量不能過重，我們選擇高強度鋁合金作為支架主體，抗壓性好，強度高，耐久性強，質(zhì)量好。履帶支架主體框架的形狀與大小也是我們會面對到的問題，在履帶支架行進過程中不能影響到其他人上下樓，所以在形狀上我們選擇矩形的結(jié)構(gòu)，長度在50cm左右，寬度在35cm～45cm之間。在行進的過程中，如果在上樓梯過程中，箱子撞到樓梯可能會導致履帶支架無法行進的問題，或者支架行進過程中可能會出現(xiàn)下墜的問題。我們采取由由驅(qū)動輪，導向輪，行星輪組成的三角結(jié)構(gòu)的履帶，最大程度上保證履帶支架的穩(wěn)定性，并且履帶組成高度達到20cm。我們于設計過程的后半段確定的履帶支架的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并做成了實體模型。我們的實體模型的數(shù)據(jù)是主題框架的長為80cm，寬為40cm，高為6cm。四個形狀可變的履帶部分數(shù)據(jù)為行星輪外徑為2.5cm，內(nèi)徑為1cm；導向輪外徑為3.5cm，內(nèi)徑為1.5cm；驅(qū)動輪外徑為2.5cm，內(nèi)徑為1.5cm；履帶寬度為5cm；履帶整體結(jié)構(gòu)高度超過20cm，主臂桿長度為27cm，履帶架長度為23cm。這是我們設計過程中繪制的履帶結(jié)構(gòu)簡圖：

我們?yōu)檫@個理想產(chǎn)品預選了三款可正反轉(zhuǎn)的發(fā)動機：①第一款發(fā)動機轉(zhuǎn)速為10-600轉(zhuǎn)/分鐘，尺寸為95*43mm，產(chǎn)品功率為25W，電壓為12V/24V；②第二款發(fā)動機轉(zhuǎn)速為10-600轉(zhuǎn)/分鐘，尺寸為78*37mm，產(chǎn)品功率為15W，電壓為12V/24V；③第三款發(fā)動機轉(zhuǎn)速為5-500轉(zhuǎn)/分鐘，尺寸為100*60mm，產(chǎn)品功率為20W，電壓為12V/24V。通過不斷地測試，我們選擇了第二款發(fā)動機。模型的主體在5kg左右，可搭載最高25kg的行李完成上下樓任務，成功完成了最終測試。

當然，這一產(chǎn)品生成的過程中也產(chǎn)生并解決了許多問題，也許未來還會產(chǎn)生許多問題。但是我們的初衷是幫助他人，便利他人，同時我們也不會放棄對這一產(chǎn)品進一步的研究。通過我們對周圍人的問卷調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)有42.8%的被調(diào)查者不需要該產(chǎn)品，而57.2%的被調(diào)查者則表示希望該產(chǎn)品產(chǎn)生。雖然國家的政策在不斷地完善，人們的居住與出行都越來越方便，但仍然有顧及不到的地方，所以這一產(chǎn)品的產(chǎn)生還是很有必要的。希望它能在未來完成為廣大群眾服務的任務，為經(jīng)濟的發(fā)展貢獻一份力量。

參考文獻

[1]《履帶機器人行走及越障能力分析研究》——韓捷；孫奇珍；曾文凡——《科技創(chuàng)新導報》——2018.05.11

[2]《履帶式移動機器人的轉(zhuǎn)向特性》——饒偉；王建中；施家棟——《中南大學學報》——2015.07.26

[3]《自適應越障履帶式移動機構(gòu)的研究》——王碩——北京交通大學——2018.03.01

作者簡介：李鎧旭，生于1996年5月，漢族，吉林四平人，江蘇大學，交通學方向。

于婷，生于1998年8月，漢族，天津人，江蘇大學，交通學方向。

張權(quán)藝，生于1998年2月，漢族，廣西貴港人，江蘇大學，交通學方向。

項目信息：本文系江蘇大學2018年度大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目，項目編號：201810299464W

（作者單位：江蘇大學）