摘要
随着我国现代化进程的加快，社会保障体系变得越来越完善，年老者和残障人士
的物质生活有了明显的提高。然而生活中随处可见的障碍物和沟坎，给这类人群的出
行带来了很大的不便。为了进一步改善行动不便人士的生活，本课题设计了轮腿混合
式爬楼轮椅可以应对台阶、沟壑、楼梯等出行环境，能够很好的辅助这类特殊群体进
行日常活动。但作为一款多机构协调配合工作的机电产品，提高整体的安全性和可靠
性，并在各种工况下实现有效控制是研究的关键。本文主要研究内容如下：
首先，从机械结构和功能模块组成两方面分析了爬楼轮椅，并对各机构的控制需
求进行了分析，合理布置了传感器的位置。根据动作要求提出了爬楼过程中的三种行
为图模型，进一步确定了爬楼轮椅控制系统的总体方案。
其次，结合各执行机构的运动特性和功能需求，搭建了以TMS320F28335芯片为
核心的硬件结构。主要包括环境感知模块、人机交互模块，以及各执行机构功能模块
电路设计，包括电机、离合器和推杆。在软件方面完成了控制系统主程序开发，以及
各模块子程序的设计，通过多传感器信息融合实现其轮椅爬楼机器人的环境信息获取
及各执行机构运动，从而完成爬楼运动功能要求。
最后，针对爬楼轮椅前腿位姿调节机构在工作时不能同时触地以及受力失衡的问
题，软件中加入了模糊PID复合控制策略，并且进行了实验测试。轮椅机器人要想实
现爬楼功能会涉及到多个机构的有效配合，同时运行时会存在相互冲突的问题，为了
协调各机构的行为，制定了整机协调控制策略，上位机按照行为图模型下发各机构的
目标指令，主控制器进行信息处理后对各机构进行自动控制。通过实验平台测试及实
验结果分析，验证了整机协调控制策略的可行性。
关键词：爬楼轮椅；TMS320F28335；行为图模型；控制策略；模糊PID
I
II
ABSTRACT
WiththeaccelerationofChinasmodernizationprocess,thesocialsecuritysystemhas
becomemoreandmoreperfect,andthemateriallifeoftheelderlyandthedisabledhas
improvedsignificantly.However,obstaclesandditchesthatcanbeseeneverywhereinlife
havebroughtgreatinconveniencetothetravelofsuchpeople.Inordertofurtherimprove
thelivesofpeoplewithmobilitydisabilities,thisprojecthasdesignedawheel-leghybrid
climbingwheelchairthatcancopewiththetravelenvironmentsuchassteps,gullies,stairs,
andcanwellassistsuchspecialgroupsindailyactivities.However,asanelectromechanical
productwithcoordinatedworkofmultiplemechanisms,improvingtheoverallsafetyand
reliabilityandrealizingeffectivecontrolundervariousworkingconditionsarethekeytothe
research.Themainresearchcontentofthisthesisisasfollows:
Firstly,theclimbingwheelchairisanalyzedfromthemechanicalstructureand
funct