王義函

一、設(shè)計(jì)背景

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)居民生活水平的不斷提高，家用汽車擁有量也日益增多，這一點(diǎn)在上海表現(xiàn)的尤為突出。根據(jù)北京統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示，2015年北京車輛擁有量達(dá)到500萬輛，2016年上升為571.8 萬輛。但家用汽車在提高有車家庭生活質(zhì)量的同時(shí)，也帶來一系列問題，例如環(huán)保問題、交通秩序問題、停車問題等。其中業(yè)主與業(yè)主之間、業(yè)主與物業(yè)服務(wù)企業(yè)之間因?yàn)樽≌^(qū)停車問題而產(chǎn)生的矛盾與糾紛也日益增多。這些矛盾與糾紛必須依靠一定的制度加以消除或緩解。

由于停車位庫(kù)的不足，使得無論是老住宅區(qū)還是新建小區(qū)，因停車難、停車亂而引發(fā)的各類社會(huì)問題都非常突出，具體表現(xiàn)為：

1.擠占居民活動(dòng)場(chǎng)地。

在一些居民住宅區(qū)的樓旁、路邊，甚至在綠化帶或居民家的出入口都有車輛停放，嚴(yán)重影響居民的出行和生活。為了搶占停車位發(fā)生爭(zhēng)吵而影響鄰里關(guān)系的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

2.居民行路安全受到威脅。

狹窄的小區(qū)通道停滿汽車，影響通行。一些小區(qū)內(nèi)車輛隨意進(jìn)出、無序停放，車行與人行通道混行交叉，特別是在小區(qū)醫(yī)院、學(xué)校、幼兒園前的路段，老人、兒童無所適從，難以保證行人交通安全。

3.安全急救方面存在隱患。

由于車輛停放不當(dāng)堵塞了消防、救護(hù)通道，發(fā)生緊急情況后消防和救護(hù)車輛無法及時(shí)到位，后果不堪設(shè)想。

4.影響工作效能。

一些上班族為搶停車位，工作不安心，提前、早退下班，影響工作。

二、創(chuàng)新構(gòu)思

為了解決停車難、停車亂等問題，本團(tuán)隊(duì)提出立體循環(huán)聯(lián)合式車庫(kù)的設(shè)計(jì)方案，此設(shè)計(jì)方案由三個(gè)模塊組成，各部分的主要功能如下：

（1）垂直循環(huán)車庫(kù)模塊

電機(jī)帶動(dòng)鏈條，其上直接連接有底座，底座上安裝向上移動(dòng)便可取下的存車板，鏈條可帶動(dòng)存車板從地面帶到最高處，并且可轉(zhuǎn)一周。首先用于小程度的存車，可以存3-4輛；存車較多時(shí)（4輛以上），還用于提高車的位置，方便轉(zhuǎn)移到平臺(tái)進(jìn)行存放。

（2）轉(zhuǎn)移裝置

用于將垂直循環(huán)車庫(kù)的車轉(zhuǎn)移到平臺(tái)上，在程序的操控下可以進(jìn)行叉爪的伸縮，來抓取存放車輛的存車板；抓取后可以升降來提升或降低車的位置；可以水平旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)車的轉(zhuǎn)移。

（3）平臺(tái)車庫(kù)

鏈條帶動(dòng)有存車板的底座，進(jìn)行輪周轉(zhuǎn)動(dòng)，存取車時(shí)，程序帶動(dòng)鏈條，使停車板轉(zhuǎn)到叉爪的位置，接受或轉(zhuǎn)移車輛。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，本立體循環(huán)聯(lián)合式由垂直循環(huán)車庫(kù)模塊、車輛轉(zhuǎn)移模塊、水平車庫(kù)模塊等三部分組成。

三、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)原理及運(yùn)動(dòng)分析

1.垂直循環(huán)車庫(kù)模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)停車和抬車功能。由支撐架、電機(jī)、四齒撥片、鏈條、脈沖計(jì)數(shù)器和存車板組成。存車板在鏈條的帶動(dòng)下可以做輪周運(yùn)動(dòng)。電機(jī)軸伸長(zhǎng)連接四齒撥片，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，帶動(dòng)四齒撥片，撥動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)器四次，由程序記錄脈沖次數(shù)。

當(dāng)需要存車時(shí)，車主按下有空位的存車按鈕，程序記下存車號(hào)。若是號(hào)碼位于循環(huán)立體存車模塊上，程序控制電機(jī)帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，將此號(hào)碼的存車板轉(zhuǎn)至地面，方便車主停車到板，同時(shí)程序記錄脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖次數(shù)。之后，反方向，相同的脈沖次數(shù)下，程序帶動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)過相同的圈數(shù)，鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，存車板帶著車轉(zhuǎn)至原來位置，進(jìn)行存車。

2.車輛轉(zhuǎn)移模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)將車輛在垂直循環(huán)車庫(kù)和平臺(tái)循環(huán)車庫(kù)之間的轉(zhuǎn)移。由電機(jī)、四齒撥片、伸縮脈沖計(jì)數(shù)器、制止脈沖計(jì)數(shù)器、叉爪盤、叉爪、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和轉(zhuǎn)盤組成。

當(dāng)車主選取的停車位置在平臺(tái)上時(shí)，循環(huán)立體裝置將車提升至合適高度。

一開始收縮的叉爪由電機(jī)帶動(dòng)，往前伸到底座和存車板之間。叉爪伸長(zhǎng)時(shí)，第一次碰到伸縮脈沖計(jì)數(shù)器，程序識(shí)別，繼續(xù)伸長(zhǎng)，到合適長(zhǎng)度后，會(huì)再次碰到伸縮脈沖計(jì)數(shù)器，此時(shí)程序再次識(shí)別，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，停止伸長(zhǎng)。同時(shí)，另一叉爪伸到平臺(tái)車庫(kù)上的底座與存車板之間。

程序控制電機(jī)提升叉爪，使存車板抬起離開底座束縛。電機(jī)帶動(dòng)叉爪盤升高時(shí)，到合適高度，會(huì)碰到制止脈沖計(jì)數(shù)器，程序識(shí)別，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，不再上升。同理，當(dāng)下降時(shí)，到合適高度，也會(huì)碰到制止脈沖計(jì)數(shù)器，停止下降。

當(dāng)升高到合適高度制止后，程序控制電機(jī)收縮叉爪盤上的兩個(gè)叉爪。收縮時(shí)，會(huì)第一次碰到伸縮脈沖計(jì)數(shù)器，程序識(shí)別，繼續(xù)收縮，當(dāng)收縮到合適長(zhǎng)度，會(huì)第二次碰到伸縮脈沖計(jì)數(shù)器，程序識(shí)別，停止電機(jī)運(yùn)行，停止收縮。

之后，轉(zhuǎn)移模塊水平逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度。底層旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸外伸，連接一個(gè)四齒撥片，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈撥動(dòng)4次脈沖計(jì)數(shù)器。測(cè)定N次脈沖后轉(zhuǎn)移模塊的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過180度。當(dāng)轉(zhuǎn)移模塊開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，程序開始記錄脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖次數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)N次，停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤不再旋轉(zhuǎn)，叉爪盤轉(zhuǎn)過180度，叉手轉(zhuǎn)過180度。

程序控制電機(jī)使叉爪外伸到平臺(tái)上的底座的正上方。同上面的叉爪伸縮，到平臺(tái)上的存車板的底座正上方，程序識(shí)別到第二次脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖會(huì)停止伸縮。

叉爪伸到平臺(tái)上的存車板的底座正上方后，緩緩下降叉爪上的有車輛的存車板，將存車板放到底座上。緩緩收縮叉爪到原來位置。這樣完成了車輛的存放。由于叉爪同時(shí)伸縮和抬起，另一叉爪上有一個(gè)空的存車板，只需要參照上述步驟，順時(shí)針回轉(zhuǎn)180度，將存車板放到垂直循環(huán)車庫(kù)即可。

四、與相近產(chǎn)品的異同與創(chuàng)新

本作品利用自動(dòng)化的機(jī)械裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)車主停車自己到位的停車方式。專項(xiàng)適合小區(qū)停車，且停車位置多，且占地面積較小。解決了小區(qū)業(yè)主車輛多，停車位占地面積大，價(jià)格昂貴且數(shù)量不能滿足需要的問題。

1.循環(huán)立體結(jié)構(gòu)。進(jìn)行少輛車的停放，還可以用于提高車的位置，進(jìn)行車輛轉(zhuǎn)移。由脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖次數(shù)，精準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)過的角度，實(shí)現(xiàn)車輛的精準(zhǔn)定位。鏈條上的底座會(huì)安穩(wěn)的停放存車板，存車板只需要上抬便可取出。由脈沖計(jì)數(shù)器記錄脈沖次數(shù)，每次脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)過四分之一圈，較精準(zhǔn)控制底座與存車板的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。

2.轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)。由于零件的鏈接不夠牢固，只能放在地面，實(shí)際可放在平臺(tái)車庫(kù)，更加節(jié)約占地面積。車庫(kù)鏈條上的底座會(huì)安穩(wěn)的停放存車板，存車板只需要上抬便可取出。存車板上存車，實(shí)現(xiàn)存車板的互換，便可實(shí)現(xiàn)循環(huán)立體裝置與平臺(tái)車庫(kù)的車輛互相轉(zhuǎn)移。叉爪上升便可抬起存車板，離開底座。叉爪的上升會(huì)碰到制止脈沖開關(guān)，精準(zhǔn)控制上升距離。叉爪的伸縮由脈計(jì)數(shù)開關(guān)精準(zhǔn)的控制伸縮的距離，實(shí)現(xiàn)車輛的存取。

3.平臺(tái)車庫(kù)。底層不占用地面空間，可以是行車道，節(jié)約了占地面積。也由脈沖計(jì)數(shù)器控制轉(zhuǎn)動(dòng)的距離，精準(zhǔn)定位。

五、可行性分析

隨著社會(huì)飛速發(fā)展，城市、社區(qū)空間逐漸擁擠，近年來越來越多的小汽車進(jìn)入城市普通家庭，如何解決汽車停放問題已經(jīng)成為一個(gè)不容忽視的問題?！捌囈踪I，車位難求”“，有車方知停車難”，這是許多有車族發(fā)出的由衷感慨。小區(qū)停車難成了一個(gè)不可忽視的社會(huì)問題。

針對(duì)此問題本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種立體垂直聯(lián)立式車庫(kù)機(jī)械裝置模型，該模型依托慧魚組件，利用傳感器技術(shù)、自控技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)等技術(shù)構(gòu)建出立體車庫(kù)模型。本作品設(shè)備成本少，整個(gè)立體車庫(kù)充分利用立體空間，用很小的占地面積，實(shí)現(xiàn)多輛車的停放，可適用于小區(qū)。使用便捷性高，社會(huì)需求量大，未來有較好的發(fā)展前景。本作品克服了小區(qū)停車過程中存在的安全隱患、占地面積大、停車?yán)щy等缺點(diǎn)，為停車提供了一種更方便、安全的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)裝置模型。

【參考文獻(xiàn)】

[1]慧魚創(chuàng)新模型制作實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M]. Fischertechnik出版.

[2]慧魚機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M]

[3]朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用[M].浙江大學(xué)出版社，2001：1-2.

[4]楊鋒.JJR1 型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及其控制系統(tǒng)的研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院.2006：6-8.

[5]熊有倫.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，1996：6-7.