现代社会,越来越多的肢体残疾人士乘坐电动轮椅出行,但普通电动轮椅功能较单一,当遇到沟壑、楼梯等障碍物时略显无能为力。爬楼轮椅的出现解决了这一窘境,本课题涉及的是一种轮腿混合式电动轮椅,其通过前后腿机构和座椅机构调节位姿,随着障碍物几何参数的不同,爬楼轮椅的通用性、稳定性和舒适性也会不同,为提高以上性能,本文针对爬楼轮椅的运动学和稳定性进行研究,并以稳定性和舒适性为目标进行优化设计来寻找适合此轮椅的台阶参数。首先,介绍广义行为图的定义即三种运动模型,在此基础上描述轮椅的爬楼过程,之后对各驱动轮的运动轨迹做规划,针对不同台阶参数的情况,提出多种判断模型来确定驱动轮的工作情况,进而得知轮椅爬楼过程中多边形模型的类型和数量。其次,利用封闭矢量法对轮椅爬楼过程的广义行为图进行平面运动学建模,并且根据齐次坐标变换法对爬楼轮椅建立位姿正逆运动学模型,求得爬楼轮椅各机构末端和整机质心的运动学规律,通过逆运动学模型得到各机构驱动参数的运动学规律,为控制系统提供依据,在此基础上对轮椅关键部分运动特性进行仿真及详细分析,进一步搞清轮椅的运动规律,为后续轮椅的稳定性分析奠定基础。最后,利用静态稳定边界法和力-角稳定裕度法建立爬楼轮椅的静动态稳定锥模型,利用达朗贝尔原理建立爬楼轮椅驱动轮与台阶接触反力受力模型,以稳定锥模型和受力模型为基础,定义稳定性指数来对轮椅上楼过程的稳定性进行综合评价,得知上楼过程中爬楼轮椅稳定性最差的位姿,并提出改善稳定性的三个方法,在此基础上采用遗传算法,以爬楼轮椅的稳定性和舒适性为目标进行优化设计,寻找最适合轮椅工作的台阶参数,通过对比优化前后轮椅的稳定性和舒适性,证明优化后爬楼轮椅的性能得到明显提高。