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爬楼机

爬楼机

爬楼机（英文名：Stair Climbing）即爬楼梯轮椅车，是一种无障碍升降机，在无电梯的老旧小区，可解决老年人、残障人士等刚需群体的上下楼服务。爬楼机主要分为载物爬楼机和载人爬楼机两大类。可用作普通市民和工人日常工作和生活中携带重物的重要辅助工具，借助爬楼机的辅助作用，解决没有电梯的高层建筑中携重物上下楼难的问题。爬楼机广泛适用于物流、送水、搬家、家具家电等行业，以及工厂、办公室、居民楼、户外台阶等场所。

1892年美国人 Bray 发明的三角行星轮结构形式爬楼梯轮椅，从此人们开始了对爬楼梯机构的研究。中国对轮组结构形式的爬楼越障装置的相关研究开始于上世纪八十年代。2016年8月17日，中央电视台科教频道科教频道《我爱发明》节目中的《爬楼力士》黑龙江省哈尔滨市的赵勇所发明的载物爬楼机。2021年度服务商提供的辅具租赁量达到82617件，约96.8%的租赁产品为爬楼机。

载人爬楼机的机械由一块载物平板、可折起的轮脚、支脚、水平伸缩式轨道、自动控制器及液压单元组成。爬楼机是新型的载物爬楼工具，它利用本身配备的动作执行机构，来实现上下楼动作的，进而完成上下楼的目的。

发展沿革

最早的爬楼梯机构专利是1892年美国人 Bray 发明的三角行星轮结构形式爬楼梯轮椅，从此人们开始了对爬楼梯机构的研究。该机构结构简单灵活，进行爬楼梯动作时，通过三个星轮之间适当的夹角灵活翻转爬越楼梯。该机器人是目前爬楼轮椅领域中技术含量最高的产品。美国的 Gyrover 蝉轮机器人、六轮行星机器人 Rockey 系列等则是比较典型的轮式机器人。日本丰田汽车设计了 iFoot 智能机器人，严格来说是具有两条腿可以攀爬楼梯的行走机器人。

中国对轮组结构形式的爬楼越障装置的相关研究开始于上世纪八十年代。董尚斌1987年申请的一项发明专利中提出了一种多用途轮椅，可以实现平地行使和爬楼行驶相结合的功能，其前后滚轮都采用多个行星轮组结构形式，在平地通过滚轮自转实现行进，在爬越多级楼梯时利用滚轮绕其滚轮轴公转实现爬越楼梯。内蒙古民族大学的苏和平教授借鉴 iBOT 的运动原理，设计了一种可以在爬楼时进行实时调节重心的双联行星爬楼机构。

上海交通大学从2003年开始研究的两足步行椅。深圳一公司研制了一种载人步行机器。姜晓东等人设计出一种电动步行式无障碍轮椅。燕山大学徐桂玲在国家自然科学基金的资助下设计了一种步行式轮椅车。哈尔滨工业大学于2003年设计了一款行星轮式月球车。

西南大学智能机器人研究团队在2012年设计的具有固定偏心距的6轮式侦测机器人ki姆，其越障性能较为突出，能越过大于轮子半径的障碍物。2013年，上海市残疾人联合会根据科技部、财政部科技惠民计划项目，在杨浦、普陀、嘉定等区开展电动载人爬楼机租赁试点服务，解决因居住条件和经济困难的残疾人上下楼问题，改善其生活质量。

爬楼机第一次正式进入大众视野是在2016年8月17日，中央电视台科教频道科教频道《我爱发明》节目中的《爬楼力士》，来自黑龙江省哈尔滨市的赵勇所发明的载物爬楼机。它外形像一台购物车，但是能够搬运200公斤的货物。节目中记者对它进行了爬不同楼梯，和搬运不同物件的测试，并和搬家公司做了搬运比赛，充分展示了载物爬楼机的作用和性能。

2023年4月，上海市民政局等11个部门联合印发《上海市基本养老服务清单（2023年版）》，明确了机构养老服务类、社区养老服务类、居家养老服务类、照护服务支付保障类等八类24个基本养老服务项目。上海市民政局透露，在研究把“爬楼机”纳入特困老人基本养老服务清单的可行性。2023年6月，杭州市积极推广电动载人爬楼机（简称“爬楼机”）租赁服务，在上城区、拱墅区、西湖区、临平区等部分地区率先探索推进。

2023年11月，上海市民政局在答复该提案时表示，市民政局、广州市残疾人联合会等部门支持采取多种途径、互为补充解决老年人上下楼问题，各区结合各自实际情况，探索爬楼机的服务模式。

功能原理

由于爬楼机功能不同，其爬楼方式也不同。常用的爬楼方式主要有轮组式、履带式、步行式三种。爬楼机的功能有行驶功能和爬楼功能。

行驶功能：爬楼机在满载或空载情况下，可手动或自动前进，从而实现货物的搬运。

爬楼功能：在遇到楼梯时，可利用三角轮系翻转实现爬楼功能。同时具有跨越障碍物的功能。

爬楼机这一类设备通用的结构构造

爬楼机主要分为载物爬楼机和载人爬楼机两大类。载物爬楼机常被用于物流搬运领域，而载人爬楼机主要适用于需要上下楼梯的残疾人、病人和老年人，使其在没有对应合适的上下楼梯设备的建筑物楼梯上无阻力通行。而载人爬楼机的机械组成包含：一块载物平板、可折起的轮脚、支脚、水平伸缩式轨道、自动控制器及液压单元。其中相关设施的组成部分是由可折起的轮脚和平板底部相互连接构成的；其支脚是从内外相套的液压筒构成并与平板底部相连；轨道由内外两个套件组成，将水平伸缩式轨道分成内外两组安装在底部内、外两侧。

而其中的自动控制器由微控制器、传感器、水平检测器、阀门、控制电路、电控开关、电源：液压单元由液压泵、三段式和二段式液压活塞杆、液压管路以及电控液压阀门组成。在采用合适的转换支撑系统的同时，控制机械运动的按钮操作杆的设计要在符合人体工程学的基础上，使相应机械的操作杆能通过实践实现载人爬楼的基本需求满足。

轨道式构成设计

轨道式爬楼装置其传动系统的转动形式是采用渐开线柱齿轮齿条运作，进行相关的连续性转动；及相关的设计构成中，在楼梯轨道和地面之间的运行衔接有相应的倾斜角度，利用电路和程序的联动控制，对相关运行中的机械设备以水平的运行中，实现其在空间结构中的座椅实时的监控和自锁系统的自动化调节，保证载人爬楼机机械装置的总体构成设计是在符合人体工程学的过程中，真正实现高效的安全性保障。而其系统的构成主要由轨道、传动系统、驱动装置、座椅等部分组建而成，相应的轨道装置是其整体的主要承力部分，其轨道的空间构成也会根据其具体的实际需求进行相应的传动形式的设计改良.

钢丝绳传动

其形式有上牵引和自动牵引两种形式组成，相关传动形式较为简单，容易实现，自身无实际摩擦，且不需相应润滑和造价嫌贵较低，也成为在直轨运行中，最为常用的相关设计运用。

链传动

链转动也属于经济性的传动方案，与齿轮传动相比，其制造和安装准度的要求也相对较低，而其相关的轮齿受力和.承载能力较好，也使得中心距的结构相对轻便，在相关的恒定状态运行中，能保持装置的上下运动的流畅性。

螺旋传动

螺旋传动是螺杆和螺丝螺母在进行相关的旋合过程中，通过旋转运动将其运作规律转换成直线运动，其相应转矩施加力度，在最小力的投入中，变为最大推力的运作:在具备相应平稳、灵敏、工作寿命长的同时,还同时具有一定的自锁功能。

齿轮齿条传动

这应该是最为普遍的传动方式应用，与以上的传动方式相比，齿轮齿条的传动需要一定的润滑装置才能进行相关的运作，同时在传动的过程中，其相关的磨损也是几种方式中最为明显的。但相之对比，其传动形式也是平稳性也是最好的”。因此，在轨道式爬楼装置的电机驱动中，由能自锁的直流电池为其载人爬楼机进行供电，在导引机构的组建中，也要设计相应的转向功能、定位、探测等装置，使其相关使用的情景状态下，其载人爬楼机在运作过程中是实现自动的轨道水平探测和竖直方向的转角。

三角轮系设计

三角轮系式结构在设计的过程中，各个轮系都需要和相匹配的电机进行控制。在遇到障碍物时，在电机的带动下，主轴驱动整个支架翻转，也就是行星齿轮系进行制动，由于三个轮子与支架都存在一定的旋转约束，在跨越障碍时，轮子会与障碍物相啮合，从而实现障碍跨越。

当轮系碰触第一节台阶边缘时，固定行走机构，在电机和减速机的带动下，三角轮系开始发生旋转，要保证乘坐者的安全性与平稳性，就需要一直保持水平状态，在设计时，要全面考虑它的重心位置，避免出现严重倾斜。

行走机构结构

传动系统的构成部分比较多，而最重要的是驱动电机、车轮等。具体实现过程：减速箱在电机的驱动下，将转矩传送给中心齿轮，然后再传递给驱动齿轮，最后在支承轴的驱动下实现轮子旋转，由此达到爬楼机正常行驶的目的。

翻转机构结构

行星齿轮架是翻转机构中不可忽略的一个重要组成部分，而且齿轮轴以120°部署在行星齿轮架上，在大齿轮的驱使下正常运行，行星齿轮与齿轮圈啮合驱使传动盘旋转，以实现销孔连接驱使中心轴运行。在翻越台阶的过程中，行星齿轮系就会被锁定。在翻转电机的驱使下，整个轮系开始运动，以做出爬楼梯的动作。

爬楼机其车体有平行四连杆结构加链结构，具有折叠功能，方便携带。把手为手拉把手，用于使用者拖拉小车，控制爬楼机的前行等动作。

分类及特点

分类

爬楼机最开始时还是手动的，多以星轮式为主，而电动爬楼机出现以后，爬楼机的种类就多了起来，不同类型的爬楼机优势各有不同，适用的场景也不一样。爬楼机主要分为载物爬楼机和载人爬楼机。载人爬楼机基本可以分为步行式机构载人爬楼机、履带式机构载人爬楼机、轮组式机构载人爬楼机、步进支撑式机构载人爬楼机四种类型。

根据爬楼方式的不同，爬楼机通常分为步行式机构、履带式型电动、轮组式结构、步进支撑式爬楼机。

根据结构原理的不同，爬楼机可分成轮组式、履带式、步行式等爬楼机。

根据载重上限的不同，爬楼机分为轻载、中载、重载三个类别。

特点

爬楼机具有投资小，安装周期短，无需拆改室外管线，且使用灵活，乘坐舒适，适用人群广，后期维护成本低，对原建筑结构基本无影响，对首层住户基本无干扰等特点。

技术参数

应用领域

爬楼机广泛适用于物流、送水、搬家、家具家电等行业，以及工厂、办公室、居民楼、户外台阶等场所。

失能、半失能老年人群

人步入老年后身体机能下降，这是不争的事实，身体机能的下降给他们日常生活带来很多麻烦。这些麻烦会造成他们心理上的不适，使他们不能很好的适应一些特定年龄的产品。失能的老年人生活和行动都要靠人的辅助或是其他辅具的辅助，因此，在电动爬楼机设计过程中应考虑诸多因素，使他们能够轻易接受，让他们有更加舒适的使用感受，能够和容易的和现有的轮椅实现快速安装。具有可拆卸特点，方便失能、半失能老年人群使用。

下肢残障士

残障人士的基数比较大，市场上适应下肢残障人士的特定产品也有很多，购买电动爬楼机时候，他们会考虑使用安全的问题，他们不想再受到二次伤害。同时，电动爬楼机的价格不能定价太高，需要研究这类人群的消费水平和消费喜好。操作比较方便、质量可靠、价格合理等因素都影响着电动爬楼机的设计。

运货人员

社会网络日益发达，网购已经成为主流购物途径，各种生活用品在网上都可以买到，配送行业随之发展迅速，当快递人员或搬运工送到没有电梯的高层住宅时，爬楼往往会消耗很长的时间。运送较重物品时，难免会力不从心。借助一种工具或是装置助其搬运，不仅可以节省运货人员的体力，还可以提高运货效率。

发展趋势

随着时代的进步以及新型技术的兴起，传统爬楼车出现越来越多的问题，已无法满足人们的需求。结合人工智能技术设计智能化爬楼机，让其拥有人性化特征，能够根据实际场景确定爬楼路径，为人类生活提供更便利的服务。传统爬楼机能在人类的指挥下做一些简单工作，如对话、行走、快跑、协助人类进行货物运输等。部分国家已实现爬楼机自动化管理，让机器拥有人类思维，自动进行工作。当前机器人发展趋向高度的人性化，机器人不再只是由机械设备组成，有些机器人甚至有人类的模样和思维方式。

2022年11月，上海市康复器具协会发布《2022版上海市康复辅助器具产业蓝皮书》。根据蓝皮书，从服务商角度看，2021年度服务商提供的辅具租赁量达到82617件，约96.8%的租赁产品为爬楼机（约80000件）。

随着中国的经济发展，爬楼机市场正在迅速增长。根据市场调研在线网发布的全球及中国电动爬楼机行业现状调研及未来发展趋势分析报告(2022-2028年)分析，2018年中国爬楼机市场规模达到217.6亿元，同比增长17.8%。

爬楼机作为无障碍设施中的重要组成部分，主要用于协助行动不便人士上下楼梯，其在康复医疗、养老服务、应急救援等领域具有广泛应用。爬楼机技术已经相当成熟，产品种类多样，包括座椅式、站立式、轮椅配合式等，以适应不同使用者的需求。同时，爬楼机的操作简便性和安全性也在不断提升，部分产品已经实现智能化控制。

爬楼机行业在未来将着力于提高产品的智能化水平、舒适性和安全性。首先，智能化控制和远程监控技术的运用，将使爬楼机更易于操作和维护；其次，以人为本的设计理念将贯穿于产品设计始终，提高乘坐舒适性，减少长时间使用对身体的压力；再次，随着老龄化社会的到来，以及无障碍设施建设的法规政策推进，爬楼机市场将进一步扩大，催生出更多符合个性化需求和特殊场景使用的新型爬楼机产品。此外，爬楼机的便携性、耐用性以及与建筑物的协调性也将成为行业未来研发的重要方向。