宋玉梅　龐海文　孫增浩　豐歡　覃如影　解澤興

【摘 要】針對(duì)小區(qū)停車存在的問題，利用慧魚創(chuàng)意組合模型，設(shè)計(jì)組裝了傳送式立體車庫(kù)。詳細(xì)介紹了其設(shè)計(jì)思路、各部分結(jié)構(gòu)、工作原理、工作流程及創(chuàng)新點(diǎn)。模型經(jīng)過了反復(fù)試驗(yàn)，可以達(dá)到預(yù)定功能，并得到了大賽評(píng)委們的充分肯定，具有設(shè)計(jì)的獨(dú)特性及實(shí)用性。

【關(guān)鍵詞】慧魚模型;傳送式;立體車庫(kù);創(chuàng)新設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TH122-4;G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）05-0034-003

0 引言

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，汽車保有量迅猛增加，尤其是私家小轎車的快速增多，帶來了大中城市的普遍擁堵和停車難問題。現(xiàn)在很多小區(qū)內(nèi)車位也嚴(yán)重不足。

為此，第八屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽主題之一即為“小型停車機(jī)械裝置”的設(shè)計(jì)，并規(guī)定停車數(shù)量為10輛家用轎車以下，主要解決現(xiàn)在小區(qū)存在的停車難問題。

基于這一大賽主題，我們利用了98%的慧魚創(chuàng)意組合模型元件設(shè)計(jì)組裝了這個(gè)傳送式立體車庫(kù)。這個(gè)車庫(kù)可以在同樣占地面積的情況下將現(xiàn)有車位增加2～3倍，可以有效緩解小區(qū)停車難的問題。

1 慧魚創(chuàng)意組合模型簡(jiǎn)介

慧魚創(chuàng)意組合模型1964年誕生于德國(guó)，是技術(shù)含量很高的智趣拼裝模型，其涵蓋了機(jī)械、電子、氣動(dòng)、新能源和機(jī)器人技術(shù)等學(xué)科，利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基本構(gòu)件（機(jī)械元件/電氣元件/氣動(dòng)元件），輔以傳感器、控制器、執(zhí)行器和軟件的配合，運(yùn)用設(shè)計(jì)構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)分析，可以實(shí)現(xiàn)任何生產(chǎn)過程的還原。慧魚創(chuàng)意組合模型為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供了最佳的載體[1-3]。

2 設(shè)計(jì)思路

傳送式立體停車庫(kù)是基于慧魚的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，作品采用斜停式，一共可以停放7輛車，兩側(cè)各停放三輛，頂上停放一輛。作品整體采用模塊化設(shè)計(jì)思路，把它分為：進(jìn)車、出車、停車和控制模塊等。傳送式立體停車庫(kù)總體拼裝圖如圖1所示。

2.1 車庫(kù)外形尺寸設(shè)計(jì)

根據(jù)大賽主題，我們對(duì)目前常見的一些小型汽車進(jìn)行了長(zhǎng)、寬、高度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得出如下結(jié)論：

車體長(zhǎng)度<7m，寬度<2.5m，高度<2m。

根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算建成實(shí)體車庫(kù)的框架外形尺寸應(yīng)該是：長(zhǎng)度20m，寬度20m，高度20m。

2.2 停車位受力分析

1）左右停車板：家用小轎車一般重量2000kg，第一層平放的停車位，受到汽車的壓力為20000N;二、三層的傾斜停車位，傾斜15°，此時(shí)受到的壓力為1932N。

2）上層停車位：它由左右伸出的停車板組成。每個(gè)停車板受力10000N。

3 各部分結(jié)構(gòu)及工作原理

立體停車庫(kù)主體由六大裝置組成：智能控制裝置、氣閥裝置、進(jìn)車裝置、停車及托車板裝置、升降橫移裝置、取車裝置。

3.1 智能控制裝置

可以使用編程軟件ROBO Pro來控制裝配了慧魚控制器的機(jī)器人。它的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部自帶若干能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單功能的基本模塊，編程時(shí)，若要實(shí)現(xiàn)某一基本功能只要直接調(diào)用而不需要書寫代碼。程序采用流程圖的表現(xiàn)形式，理解起來更為直觀[4]。

作品由5塊慧魚編程接口板控制，由直流9V穩(wěn)壓電源供電。接通工作開關(guān)后程序啟動(dòng)，各個(gè)部分無需單獨(dú)操作。利用計(jì)數(shù)器與限位開關(guān)聯(lián)合工作，實(shí)行精確控制。

傳送式立體停車庫(kù)應(yīng)用ROBO Pro軟件進(jìn)行編程，圖2是它的總程序圖。

3.2 氣閥裝置

氣閥是慧魚零件中的一種氣動(dòng)零件，它與氣缸、導(dǎo)氣管、輪盤、打氣管、電機(jī)共同構(gòu)成氣動(dòng)裝置。氣閥提供壓縮氣體壓力推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出，與氣缸相連的托車板被推出一段位置，去接由升降機(jī)送上來的車。當(dāng)氣閥排氣時(shí)，氣缸活塞桿借助彈簧力將托車板推回復(fù)位，然后將車帶回安放在停車位，完成停車。使用時(shí)，我們根據(jù)實(shí)際情況最終確定充氣時(shí)間為10s。由9v電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輪盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在小松緊帶的轉(zhuǎn)動(dòng)下帶動(dòng)打氣管向氣缸內(nèi)打氣。電機(jī)轉(zhuǎn)速為10r/s。

3.3 進(jìn)車裝置

作品大部分的移動(dòng)都是通過齒輪、齒條副的運(yùn)動(dòng)來完成。車庫(kù)門口的進(jìn)車板下面安裝了雙電機(jī)，在其作用下進(jìn)車板將停好的車運(yùn)送到車庫(kù)中部，等待升降機(jī)接車。

3.4 停車及托車板裝置

停車裝置包括氣缸和托車板等，托車板設(shè)計(jì)為梳齒型，與在停車位的梳齒型板配合工作，托車板向下移動(dòng)一段距離，就可以直接將車停在停車位上，簡(jiǎn)單快捷。四個(gè)停車位設(shè)計(jì)為15°傾斜角，并固定住，以便在車庫(kù)中間頂部多放一個(gè)停車位。載車板前后輪處安裝有可自動(dòng)調(diào)節(jié)距離的裝置，當(dāng)車由上而下放到載車板上的同時(shí)該裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)距離使車輪落入輪槽，防止車的滑動(dòng)。最后一個(gè)停車位設(shè)計(jì)在車庫(kù)中部最上面，中間車位與最下面一層車位平放，避免無法進(jìn)、取車的情況出現(xiàn)。

3.5 升降橫移裝置

進(jìn)車板把外面的車送到升降機(jī)上，升降機(jī)再把車運(yùn)到將要進(jìn)車的車位，車位內(nèi)的托車板伸出的同時(shí)升降機(jī)上的托車板也向車位內(nèi)部伸入，然后升降機(jī)向下進(jìn)行一小段位移，將車放入托車板的輪槽內(nèi)，最后兩個(gè)托車板復(fù)位，完成停車過程。

3.6 取車裝置

當(dāng)接收到取車指令，升降機(jī)上去到指定車位前，同時(shí)氣缸推動(dòng)停車位上的托車板向升降機(jī)方向移動(dòng)一段位移，車位內(nèi)的托車板伸出的同時(shí)升降機(jī)上的托車板也向車位內(nèi)部伸入，然后升降機(jī)向上進(jìn)行一小段位移，車就放到升降機(jī)托車板，最后升降機(jī)把車送到進(jìn)入車庫(kù)的進(jìn)車板上。取停在最上面的那輛車時(shí)，升降機(jī)接到車后，托車板回到兩邊。

4 工作流程

傳送式立體停車庫(kù)停車、取車過程均可自動(dòng)完成，以機(jī)械化的流程實(shí)現(xiàn)整個(gè)存車（取車）過程。現(xiàn)主要介紹存車的過程，取車過程與之類似：

將車停在地面上的停車板上——啟動(dòng)按鈕，開始存車工作——停車板在三個(gè)電機(jī)（電機(jī)安在停車板的下方）的帶動(dòng)下將車送到托車板上——停車板在電機(jī)的帶動(dòng)下回到原位——托車板將車送至車庫(kù)中部——升降機(jī)接車——將車送至指定空車位前，裝在托車板上的齒條將車送出，與此同時(shí)，停車位停車板向前移動(dòng)接車——車停放在梳齒型停車板上——停車板收回——車已放好，停止工作。

5 作品創(chuàng)新點(diǎn)

1）通過氣閥的開關(guān)來控制氣缸的充、放氣，進(jìn)而控制停車位的移動(dòng)。

2）氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性高、使用壽命長(zhǎng)。

3）利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣。

4）工作介質(zhì)為取之不盡的空氣，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。排氣處理簡(jiǎn)單、不污染環(huán)境、成本低，而且還能提供足夠的動(dòng)力。

5）兩邊停車位設(shè)置成傾斜15°，可以在頂部多安裝一個(gè)車位，在有限的空間可停更多的車。

6）車庫(kù)設(shè)置了防火、防盜裝置，使車庫(kù)能夠在發(fā)生火災(zāi)等意外時(shí)及時(shí)報(bào)警，盡可能的減少損失。

6 結(jié)語

我國(guó)轎車的生產(chǎn)量和保有量將持續(xù)快速增長(zhǎng)，對(duì)停車位的需求也會(huì)相應(yīng)增加。我們?cè)O(shè)計(jì)的傳送式立體停車庫(kù)從管理上可以做到徹底的人、車分離。它占地面積少，可容納車輛多，造價(jià)低，順應(yīng)了社會(huì)的發(fā)展和有限資源的合理利用，能很好的解決小區(qū)停車難的問題，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

【參考文獻(xiàn)】

[1]慧魚工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)[K].北京中教儀人工智能科技有限公司.

[2]曹紅英，鄧娜.基于慧魚模型的無碰撞避障機(jī)器人研究[J].儀器儀表用戶，2009No.2：7.

[3]萬佑紅.機(jī)器人教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（4）：6-8.

[4]曲凌.慧魚創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)踐教程[M].2015年5月第2版.上海交通大學(xué)出版社，2017，43.