鄭鵬元，賈兆功，張?zhí)烀鳎瑮铉?/p>

（青島科技大學(xué)高性能聚合物及成型技術(shù)教育部工程研究中心，山東 青島 266042）

自動(dòng)收費(fèi)停車(chē)位作品簡(jiǎn)介

鄭鵬元，賈兆功，張?zhí)烀鳎瑮铉?/p>

（青島科技大學(xué)高性能聚合物及成型技術(shù)教育部工程研究中心，山東 青島 266042）

針對(duì)當(dāng)前社會(huì)上有償收費(fèi)停車(chē)位存在的種種問(wèn)題與亂象，使這些停車(chē)位系統(tǒng)化管理，計(jì)時(shí)收費(fèi)透明化，在經(jīng)過(guò)收集資料、實(shí)地考察以及多次建模仿真試驗(yàn)，得出了較為完善的項(xiàng)目方案，并制作了實(shí)物樣機(jī)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該裝置已基本達(dá)到預(yù)期要求，在泊車(chē)入位之后，能對(duì)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)車(chē)輪的定位與卡固，并開(kāi)始計(jì)時(shí)收費(fèi)，使停車(chē)管理更為規(guī)范。

自動(dòng)收費(fèi)；停車(chē)位；機(jī)器人

1 項(xiàng)目背景

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，人民的生活水平有了明顯提高，小汽車(chē)也普及開(kāi)來(lái)，但是在生活中一系列隨著小汽車(chē)衍生的問(wèn)題接踵而至。當(dāng)今社會(huì)，人們出門(mén)辦事、旅游等等，大多數(shù)都會(huì)選擇開(kāi)私家車(chē)出行，臨時(shí)將車(chē)停在路邊的情況是再尋常不過(guò)的事。因此，路邊臨時(shí)停車(chē)位逐漸普及開(kāi)來(lái)。但隨之而來(lái)又有許多問(wèn)題：首先是車(chē)主逃費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，路邊缺少一種簡(jiǎn)單有效的停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)；其次是缺少停車(chē)位，車(chē)位不能滿(mǎn)足停車(chē)需求，造成了交通的擁擠；再次是需要一定數(shù)量的工作人員看管停車(chē)位進(jìn)行收費(fèi)，既辛苦了工作人員浪費(fèi)了人力，還存在著效率低的問(wèn)題。

鑒于以上種種情況，發(fā)明一種停車(chē)位自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)就很有必要了。所以，我們大膽創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以自動(dòng)計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)收費(fèi)的機(jī)器，以此來(lái)改變現(xiàn)有情況下路邊停車(chē)位等有償停車(chē)位的各種問(wèn)題，如：逃費(fèi)問(wèn)題、浪費(fèi)人力問(wèn)題等。這具有非常重要的意義和作用。當(dāng)有車(chē)停入車(chē)位時(shí)，它可以自動(dòng)計(jì)時(shí)，然后機(jī)器運(yùn)行抱住輪胎，經(jīng)過(guò)刷卡收費(fèi)后機(jī)器放開(kāi)，車(chē)主即可開(kāi)走汽車(chē)。這樣把停車(chē)位都統(tǒng)一起來(lái)，就不會(huì)給那些不法分子私畫(huà)停車(chē)位、亂收費(fèi)的可乘之機(jī)。用機(jī)器代替人工工作，不僅使人更加輕松，而且大大增加了工作效率。

2 主要組成機(jī)構(gòu)

該機(jī)器主要由平移導(dǎo)軌、伸縮臂、卡固輪胎部分以及控制模塊組成，圖1所示。

圖1 機(jī)器總體結(jié)構(gòu)

平移導(dǎo)軌部分是為了適應(yīng)不同車(chē)主的泊車(chē)習(xí)慣，通過(guò)導(dǎo)軌的往復(fù)移動(dòng)來(lái)達(dá)到準(zhǔn)確追蹤車(chē)輪的目的，從而進(jìn)行定位的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)利用平行雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，保證了移動(dòng)時(shí)受力的均衡，避免因?yàn)閼?yīng)力集中而造成的滑塊卡死現(xiàn)象。推動(dòng)則由絲杠完成，既達(dá)到平穩(wěn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的目的，又充分利用了絲杠的自鎖特性，保證了卡固輪胎部分的可控性。

伸縮臂通過(guò)推動(dòng)卡固輪胎部分來(lái)調(diào)節(jié)該部分與車(chē)輪的間距。該機(jī)構(gòu)由孔徑匹配的兩個(gè)方管組成，由絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠。

卡固輪胎部分由底座、車(chē)胎自適應(yīng)模塊、止推部分三個(gè)結(jié)構(gòu)組成。底座起固定支撐作用，該部分加裝有四個(gè)與機(jī)架鉸接萬(wàn)向輪，起到減震作用。萬(wàn)向輪利用彈簧作減震支撐，車(chē)輪運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧壓縮機(jī)架，增大與地面的摩擦力，避免機(jī)架的移動(dòng)使萬(wàn)向輪受力過(guò)大損壞裝置。為了適應(yīng)不同車(chē)型，我們還特意設(shè)計(jì)了“車(chē)胎自適應(yīng)模塊”，該模塊根據(jù)輪胎直徑的不同來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)止推機(jī)構(gòu)之間距離，使其和不同的輪胎完美吻合。經(jīng)過(guò)平移伸縮兩個(gè)過(guò)程之后卡固輪胎部分被推送到輪胎外沿，止推部分升起抱住車(chē)輪，達(dá)到阻止車(chē)體移動(dòng)的目的。

控制部分主要由單片機(jī)、電源、打卡器及若干導(dǎo)線(xiàn)組成。由一片單片機(jī)控制所有電機(jī)，以計(jì)時(shí)15 min（或其他規(guī)定時(shí)間）產(chǎn)生的瞬間數(shù)據(jù)脈沖作為控制的輸入信號(hào)，當(dāng)計(jì)時(shí)15 min后，單片機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)使得平移導(dǎo)軌、伸縮臂、卡固輪胎部分處的電機(jī)依次運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器卡住輪胎，并在三個(gè)機(jī)構(gòu)處都利用光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)輪胎位置來(lái)引導(dǎo)機(jī)器鎖止輪胎。電路控制系統(tǒng)以51單片機(jī)為控制核心，能達(dá)到較高程度的智能控制。

各模塊配有單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，便于調(diào)節(jié)、維護(hù)和自動(dòng)化控制。

3 主要性能指標(biāo)

經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和Solidworks仿真測(cè)試，結(jié)果表明裝置整個(gè)撤回到初始位置的過(guò)程耗時(shí)基本為8 s，這部分時(shí)間由車(chē)主離開(kāi)咪表打開(kāi)車(chē)門(mén)到啟動(dòng)引擎消耗。在車(chē)主泊車(chē)入位以，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后開(kāi)始抱住車(chē)輪并計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)。

適用輪胎直徑為600～800 mm ，允許停靠范圍：?jiǎn)沃惠喬ブ攸c(diǎn)附近0.5 m×1 m的范圍。

4 運(yùn)作原理

當(dāng)傳感器探測(cè)到有車(chē)輛停靠到車(chē)位且連續(xù)15 min（可根據(jù)不同收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定）或以上時(shí)便開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)觸發(fā)鎖止輪胎的裝置。輪胎鎖止結(jié)構(gòu)動(dòng)作為：首先平移機(jī)構(gòu)作平移運(yùn)動(dòng)尋找輪胎所在位置，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)感知到輪胎所在位置后，平移電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)伸縮電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，將卡止裝置推送到輪胎處。該過(guò)程完成后，卡止電機(jī)工作，經(jīng)輪胎固定住，使汽車(chē)無(wú)法逃逸。等車(chē)主要取車(chē)時(shí)刷卡交費(fèi)后，卡止結(jié)構(gòu)撤回，緊接著伸縮機(jī)構(gòu)退回，平移機(jī)構(gòu)回復(fù)到原點(diǎn)。到此，整個(gè)裝置的運(yùn)作完成一個(gè)行程。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）用機(jī)器代替人力對(duì)路邊車(chē)位進(jìn)行收費(fèi)，不僅節(jié)省了人力，而且還有效的解決了人工收費(fèi)存在的問(wèn)題。

（2）利用傳感器電路和伸縮臂的配合，快速定位輪胎，準(zhǔn)確高效。

（3）采用伸縮結(jié)構(gòu)，以及各種機(jī)械機(jī)構(gòu)的巧妙配合，使結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省了空間。

（4）巧用連桿機(jī)構(gòu)卡住輪胎，增強(qiáng)穩(wěn)定性。

6 作品意義及應(yīng)用前景

（1）作用意義：用機(jī)器代替人力，節(jié)省人力提高了工作效率，有效的解決了城市繁華地段交通擁堵的問(wèn)題和人工收費(fèi)存在的問(wèn)題。

（2）推廣應(yīng)用前景、效益分析與市場(chǎng)預(yù)測(cè)：

①機(jī)器代替人力對(duì)車(chē)位進(jìn)行收費(fèi)，方便環(huán)保，體現(xiàn)了社會(huì)的和諧和社會(huì)人性化服務(wù)。

②本產(chǎn)品適用于各種車(chē)位收費(fèi)的場(chǎng)合，依靠電路和機(jī)械配合自動(dòng)控制，既高效又節(jié)省了人力，有著很高的經(jīng)濟(jì)效益。

③本產(chǎn)品只要改變使用地點(diǎn)本裝置仍可以作為家庭使用的防盜設(shè)備，這更加大了裝置的使用價(jià)值和潛在的商業(yè)價(jià)值。

④成本低廉、結(jié)構(gòu)巧妙、充滿(mǎn)創(chuàng)意、經(jīng)久耐用而且非常適合于作為長(zhǎng)期固定設(shè)備存在。

⑤本產(chǎn)品采用機(jī)械結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)相結(jié)合的創(chuàng)新應(yīng)用類(lèi)型，每種機(jī)構(gòu)之間通過(guò)錐齒輪光桿等進(jìn)行連接和動(dòng)力傳輸可以通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換，操作簡(jiǎn)單，使用維修方便，機(jī)構(gòu)的主體部分安裝于路邊不會(huì)對(duì)路旁的行走與使用造成損害。

⑥本產(chǎn)品可與咪表配合使用，可以最大程度的降低停車(chē)位的收費(fèi)繁瑣與逃避繳費(fèi)，隨著社會(huì)的發(fā)展咪表會(huì)更加普及而路邊臨時(shí)停車(chē)位也會(huì)越來(lái)越緊張，本產(chǎn)品正是順應(yīng)了市場(chǎng)發(fā)展需求，本產(chǎn)品必可有巨大的市場(chǎng)需求。

（R-03）

Synopsis of automatic toll parking

Synopsis of automatic toll parking

Zheng Pengyuan, Jia Zhaogong, Zhang Tianming, Yang Ke
(Ministry of Education Engineering Research Center of High Performance Polymers and Molding Technology, QUST, Qingdao 266042, Shandong, China)

In view of existing problems and chaos of paid parking spaces, we have come to a more comprehensive project plan, and made physical prototypes after the collection of information, fi eld visits and several modeling and simulation tests, so that the parking spaces can achieve systematic management and transparent time charges. The study shows that the device has basically reached the expected requirements. After the car is parking into place, the device can achieve positioning and retaining of the car wheels, and starts time charges, making e parking management more standardized.

automatic toll collection; parking space; robot

TQ330.43

1009-797X（2016）04-0097-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.038

鄭鵬元，男，現(xiàn)就讀于青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專(zhuān)業(yè)，先后參加了全國(guó)大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)大賽和山東省機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，分別獲得全國(guó)二等獎(jiǎng)和山東省一等獎(jiǎng)。

2015-10-26