解决行李上下楼搬运困难的履带支架设计

李铠旭 于婷 张权艺

摘要：随着人们出行越来越频繁，没有电梯的住宅区用户的行李搬运问题一直亟待解决，大包行李携带不方便，不便于出行。无电梯楼栋携带行李上下楼的不方便性，让本来旅途劳累的我们更辛苦；拖着重重行李箱爬高楼层，让我们望而却步。因此我们设计一种能够帮助人们“搬运”行李上下楼的机器，希望以此为人们提供方便。本文就简易爬楼支架的设计提出了我们的见解。

关键词：履带支架

正文：

近年来，我国经济呈现持续增长的态势，人们生活水平越来越高，在物质生活的基础之上，人们开始追求精神生活。2018年国内旅游人数55.39亿人次 旅游总收入5.97万亿元。伴随着旅游人数的增长，许多问题也随之而来。比如行李的携带，虽然现在的飞机和高铁都有托运服务，但是如何把行李运送出门或者拿回家成为了问题的关键。电梯虽然可以帮助人们解决这个问题，但它也不是万能的，电梯作为机电合一的一种空间垂直运输设备，随着高层住宅的大量建造，其应用更加广泛。然而，随着时间的推移，当高层住宅电梯渐渐步入“老年”后，故障、维修、更新由此产生的一系列费用又会成为一道生活难题。特别是近年来，电梯关人、“咬人”事故频发，而最近发生的电梯“吃人”更是让大家心里发生恐惧，发生电梯责任事故后，制造厂家、维保企业、物业公司、业主等又经常是相互推卸责任“踢皮球”，要解决重重困境，首先必须理顺法律关系，解决好所涉及的法律难题。于是在电梯并没有完全普及以及可能会存在安全隐患的情况下，提着行李箱爬六七楼，显然不是一件容易的事，更不要说有时行李过多没有办法一次拿完，需要往返楼上楼下多次。行李问题在学生身上表现的尤为突出，许多高校都有不少的住校生，由于学校建校久远，许多硬件设施跟不上时代变化，没有电梯，于是在放假和开学时同学们要提着十分沉重的行李上下楼，困难万分。尤其是女同学，女生宿舍管理严格，不允许男生进入。女同学带着很多行李返校，带着行李上楼都成为了一件困难的事情，也是我们亟待解决的问题。针对这一问题，我们结合了对遥控器与传感器的使用，总结了一系列的问题与经验，确定了遥控履带爬楼支架设计的课题。

在设计履带支架的过程中，首先需要解决的问题就是履带式底盘的构造问题，我们选择由支重轮，拖链轮，导向轮，驱动轮，履带，履带架，履带行走架组成的履带式底盘结构，这种结构的优势在于越障能力，地形适应能力，抓地能力强，爬楼梯性能优越。履带形状可变，其构型可以根据地形条件和作业要求进行适当变化。其次在爬楼过程中，势必会遇到转向的问题，我们的履带爬行支架主体采用四条形状可变的履带，左边履带和右边履带各由两个主电动机驱动。当左右两条履带速度相同时，爬行支架将实现前进或后退移动。当左右两边履带速度不同时，爬行支架可以实现转向运动。

我们平时用的行李箱的重量最大的可达25kg，这样就要求我们的履带底盘与支架必须结实耐用，同时履带支架的重量不能过重，我们选择高强度铝合金作为支架主体，抗压性好，强度高，耐久性强，质量好。履带支架主体框架的形状与大小也是我们会面对到的问题，在履带支架行进过程中不能影响到其他人上下楼，所以在形状上我们选择矩形的结构，长度在50cm左右，宽度在35cm～45cm之间。在行进的过程中，如果在上楼梯过程中，箱子撞到楼梯可能会导致履带支架无法行进的问题，或者支架行进过程中可能会出现下坠的问题。我们采取由由驱动轮，导向轮，行星轮组成的三角结构的履带，最大程度上保证履带支架的稳定性，并且履带组成高度达到20cm。我们于设计过程的后半段确定的履带支架的结构数据，并做成了实体模型。我们的实体模型的数据是主题框架的长为80cm，宽为40cm，高为6cm。四个形狀可变的履带部分数据为行星轮外径为2.5cm，内径为1cm；导向轮外径为3.5cm，内径为1.5cm；驱动轮外径为2.5cm，内径为1.5cm；履带宽度为5cm；履带整体结构高度超过20cm，主臂杆长度为27cm，履带架长度为23cm。这是我们设计过程中绘制的履带结构简图：

我们为这个理想产品预选了三款可正反转的发动机：①第一款发动机转速为10-600转/分钟，尺寸为95*43mm，产品功率为25W，电压为12V/24V；②第二款发动机转速为10-600转/分钟，尺寸为78*37mm，产品功率为15W，电压为12V/24V；③第三款发动机转速为5-500转/分钟，尺寸为100*60mm，产品功率为20W，电压为12V/24V。通过不断地测试，我们选择了第二款发动机。模型的主体在5kg左右，可搭载最高25kg的行李完成上下楼任务，成功完成了最终测试。

当然，这一产品生成的过程中也产生并解决了许多问题，也许未来还会产生许多问题。但是我们的初衷是帮助他人，便利他人，同时我们也不会放弃对这一产品进一步的研究。通过我们对周围人的问卷调查我们发现有42.8%的被调查者不需要该产品，而57.2%的被调查者则表示希望该产品产生。虽然国家的政策在不断地完善，人们的居住与出行都越来越方便，但仍然有顾及不到的地方，所以这一产品的产生还是很有必要的。希望它能在未来完成为广大群众服务的任务，为经济的发展贡献一份力量。

参考文献

[1]《履带机器人行走及越障能力分析研究》——韩捷；孙奇珍；曾文凡——《科技创新导报》——2018.05.11

[2]《履带式移动机器人的转向特性》——饶伟；王建中；施家栋——《中南大学学报》——2015.07.26

[3]《自适应越障履带式移动机构的研究》——王硕——北京交通大学——2018.03.01

作者简介：李铠旭，生于1996年5月，汉族，吉林四平人，江苏大学，交通学方向。

于婷，生于1998年8月，汉族，天津人，江苏大学，交通学方向。

张权艺，生于1998年2月，汉族，广西贵港人，江苏大学，交通学方向。

项目信息：本文系江苏大学2018年度大学生创新创业训练计划项目，项目编号：201810299464W

（作者单位：江苏大学）