随着社会对残障人士的日益关怀,相应的助残机器人层出不穷,但在爬楼功能方面依旧存在很大的发展空间。国内外具有爬梯功能的助残机器人大多存在不足。为了进一步改善残障人士生活品质,本文设计一种能实现自动爬楼功能的助残机器人,并对其进行优化,主要包括以下内容:(1)通过对比分析常见的助残设备中爬梯方式优缺点,该设计采用轮履复合式爬梯方案。根据楼梯标准,人体工学标准确定整机尺寸,并在solidworks中完成初步方案的三维建模。(2)根据初步方案,对爬梯助残机器人不同模式及爬梯动作规划进行详细阐述。对爬梯过程进行数学建模并找到重心运动轨迹。再引入稳定性分析指标,对爬梯助残机器人进行爬楼过程倾翻稳定性评价,得到结论为爬梯过程中不会发生倾翻。(3)基于静力学分析理论对爬梯助残机器人关键零部件底盘支撑架,前后履带支撑架,机座及靠背部件进行分析,验证其在不同工况下是否满足许用要求。由分析结果可知前后履带支撑架存在刚度不足,底盘支撑架存在安全裕度过大的问题,为后续优化提供方向。(4)基于模态分析理论,对爬梯助残机器人关键零部件进行分析,得到前六阶固有频率及振型,了解其动力特性。同时通过对比关键零部件的固有频率范围与激励源激励范围,得到结论为其在工作过程中不会产生共振。(5)根据动静力学分析结果,对前后履带支撑架进行两种不同方式的刚度优化,对比了改变截面形状与增加加强筋两种优化方式的优化效果,选定加强筋方式为最终优化方案,使其满足工作要求。对底盘支撑架进行尺寸优化,得到满足许用条件下底盘支撑架最优尺寸,底盘支撑架重量降幅为27.2%。为了达到最大优化效果,对其进行拓扑优化,并验证优化后结构满足许用要求,两次优化后底盘支撑架重量总降幅36.2%,轻量化效果十分明显。