轮椅在老年人和残疾人的生活中扮演着重要的角色,尤其是随着人口老龄化和残疾人数量增加等问题的日益严重,轮椅将为改善这一特殊人群的生活起到不可替代的作用。然而,普通的手动和电动轮椅都不兼具爬楼、翻越障碍的功能,降低了使用者的行动自由度。针对这个问题,本文研究了一种既可在平地使用,又能上下台阶的多功能爬楼梯装置,并完成了其机械结构和控制系统的设计。本文首先提出了一种轮式爬楼梯装置的机械结构设计方案。前轮采用电动轮毂驱动,在平地使用时作为主动轮;后轮为爬楼辅助轮,由轮缘和轮毂构成。装置的爬楼功能通过与后轮轮毂相连的离心驱动轴而实现,驱动电机选用无刷直流电机。其次,根据无刷直流电机的工作原理,结合速度、电流双闭环调速的控制方案,完成了电机驱动器的软、硬件设计。硬件设计以智能功率模块(IPM)为功率驱动器件,以数字信号处理器(DSP)为控制器,并使系统具有过压、欠压和过流保护功能;软件设计采用模块化设计方法,按功能划分各子模块,实现了电机的全数字化调速。最后,搭建了爬楼结构的实物模型,并对系统进行了模拟调试与分析。实验结果证实了本文所设计的机械爬楼结构的可行性,与星形轮结构相比,其运动轨迹得到了优化;同时,电机的调速性能也满足装置驱动控制的要求。