陳鑫 彭釗

摘 要：為了解決城市停車難的問題，設(shè)計(jì)了一種桁架式立體車庫(kù)，并對(duì)該車庫(kù)做了實(shí)踐教學(xué)分析。該立體車庫(kù)為三軸桁架式機(jī)械手結(jié)構(gòu)，采用地埋方式的多層立體停車庫(kù)，可以提高現(xiàn)有土地資源的利用率，更好發(fā)揮高層空間優(yōu)勢(shì)。該車庫(kù)重點(diǎn)設(shè)計(jì)了桁架式移動(dòng)裝置作為停取車的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，借助X軸、Z軸的移動(dòng)和繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛的車庫(kù)內(nèi)移動(dòng)，該結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單、空間利用率高，同時(shí)為機(jī)器人專業(yè)教學(xué)提供實(shí)踐支持。

關(guān)鍵詞：桁架式；立體車庫(kù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

StructuralDesign and Application Analysis of Trussed Threedimensional Garage

Chen Xin Peng Zhao

Wuhan Business University HubeiWuhan 430056

Abstract：In order to solve the problem of city parking， a trussed threedimensional garage ，and the practice teaching analysis of the garage. The threedimensional garage is a threeaxis truss manipulator structure. The main structure of the stereo garage adopts the multilayer stereo parking garage， which can improve the utilization rate of the existing land resources and give full play to the advantage of the upper space. The trussed moving device is designed as the actuating mechanism of the parking car. The structure is stable in motion， simple in operation， high in space utilization， and has certain economic and management benefits，at the same time， provide practical support for robot teaching.

Key words： Truss； ThreeDimensional garage； Structural design； Applied Analysis

一、緒論

中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)全年汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)進(jìn)行了發(fā)布，數(shù)據(jù)顯示，2017年汽車銷量已超2940 萬(wàn)輛。隨著人們生活水平的不斷提高，汽車在我國(guó)已經(jīng)得到了很大的普及，然而也帶來了城市停車難等問題，特別是在老舊城區(qū)或商業(yè)密集區(qū)域，更是一位難求，考慮到土地占用成本，新建城市的停車位車本價(jià)格高昂，因此在中心城區(qū)實(shí)行停車位的改造迫在眉睫。本文設(shè)計(jì)了一種一拖八桁架式立體車庫(kù)，采用主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)地埋式布置的方案，科學(xué)有效的解決了城市土地占有問題，是一種新型的智能立體停車裝置。

本設(shè)計(jì)具有以下先進(jìn)性：

第一，節(jié)約了城市土地資源。車庫(kù)是地埋式、立體化、多層建造，原有的土地占用能夠?qū)崿F(xiàn)停取三到四倍數(shù)量的車輛，有效解決城市道路停車造成的交通擁擠。

第二，操作遠(yuǎn)程化、智能化。該立體停車庫(kù)設(shè)計(jì)的基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的自動(dòng)停取，車輛只需?？吭陬A(yù)定泊車位上，由機(jī)械桁架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車。

第三，停車安全性較高。立體車庫(kù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)停車模式，駕駛員不需進(jìn)入車庫(kù)內(nèi)部，各個(gè)桁架裝有光電傳感器，有效防止車庫(kù)內(nèi)汽車發(fā)生干涉碰撞。

二、總體設(shè)計(jì)

（一）機(jī)械結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)是地埋式一拖八桁架式立體車庫(kù)，是一種地上兩層存車位的三軸式立體車庫(kù)，該類型的立體車庫(kù)技術(shù)含量較高，集多種技術(shù)于一體，結(jié)構(gòu)部分主要有：主框架結(jié)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、載車托盤、電氣裝置、安全輔助機(jī)構(gòu)等，如圖1所示。

三軸式立體車庫(kù)以鋼結(jié)構(gòu)框架為主體，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)載車板做升降橫移旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輛的存取。其工作原理為：每個(gè)車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)到達(dá)地面層，完成存放過程，取車過程為停車的逆過程。停泊在車庫(kù)內(nèi)地面層的車輛只作橫移和旋轉(zhuǎn)，不必升降；而停泊在頂層的車輛則通過平移升降和旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)存取車。通過對(duì)z軸下方的分度盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)z軸桁架轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)存取車的可控性和準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)是通過載車板配合三軸來實(shí)現(xiàn)存取車的，載車板的穩(wěn)定性可以有效的保護(hù)車的地盤和讓車在移動(dòng)的過程中保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)。在x軸和z軸上設(shè)計(jì)兩個(gè)位移傳感器讓載車板在移動(dòng)的過程中不會(huì)因出位爾導(dǎo)致汽車和裝置碰撞損壞的情況。

（二）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一拖八桁架式式立體車庫(kù)整個(gè)控制系統(tǒng)分為PLC控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、人機(jī)界面、信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)等。該車庫(kù)的控制系統(tǒng)核心是PLC，當(dāng)用戶進(jìn)行操做時(shí)，PLC接受用戶指令，發(fā)布操作流程，判斷檢測(cè)元件的狀態(tài)，讀取執(zhí)行元件的信息，然后通過軟件控制合理的時(shí)序安排，反饋信息，指揮執(zhí)行元件的動(dòng)作。由于該一拖八桁架式式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)控制量只有數(shù)字開關(guān)量，并且車庫(kù)要求高度的運(yùn)行可靠性和快速性，因而選用西門子S71200系列可編程序控制器作為控制系統(tǒng)的主控機(jī)，西門子S71200系列PLC具有高速度、小型化、高級(jí)功能邏輯選件及定位控制等優(yōu)點(diǎn)，在基本單元上擴(kuò)展可進(jìn)行16256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。

（三）控制界面設(shè)計(jì)

開機(jī)后系統(tǒng)進(jìn)入初始界面（如圖3）根據(jù)顧客的需要，此時(shí)可選擇自動(dòng)或手動(dòng)停、取車。當(dāng)選擇自動(dòng)停取車的時(shí)候，顧客需要點(diǎn)擊界面中的狀態(tài)按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入到車位的進(jìn)出庫(kù)狀態(tài)欄，此時(shí)可以看到車位停車的詳細(xì)情況（打鉤為有車，打叉為無車），車主可以選擇相應(yīng)的車位進(jìn)行停、取車。

軟件設(shè)計(jì)有手動(dòng)操作，可以讓一些顧客在擔(dān)心自動(dòng)會(huì)出錯(cuò)的時(shí)候自己來操作從而達(dá)到存取車目的，點(diǎn)擊界面中的控制按鈕，系統(tǒng)將進(jìn)入到車位的控制界面，每個(gè)車位的位置都有預(yù)定的x軸、y軸和z軸坐標(biāo)，機(jī)械桁架的位置也會(huì)顯示在屏幕界面上，所以駕駛員可以在這個(gè)界面手動(dòng)操作車子的存取，這樣的高精度操作也會(huì)讓車主更加的放心存放自己的車輛。然后同樣的車主也需要在存取車之前先點(diǎn)進(jìn)狀態(tài)界面查看是否在自己想停的車位上面有沒有車，再行決定將自己的車停在哪里。

三、操作流程設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)車庫(kù)為二層8車庫(kù)，每個(gè)車庫(kù)都有對(duì)應(yīng)的編號(hào)，操作的流程如下：操作系統(tǒng)中自動(dòng)系統(tǒng)包括兩個(gè)方面，一個(gè)是自動(dòng)取車系統(tǒng)，一個(gè)是手動(dòng)取車系統(tǒng)，而自動(dòng)取車系統(tǒng)又分為自動(dòng)停車和自動(dòng)取車，但兩個(gè)不同的操作都只需找到對(duì)應(yīng)的車位，然后點(diǎn)擊進(jìn)庫(kù)或者出庫(kù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)應(yīng)編號(hào)所在區(qū)域的車位進(jìn)行停車，取車。停車時(shí)，打開系統(tǒng)，顯示車庫(kù)的空余車位所對(duì)應(yīng)的編號(hào)是庫(kù)1上層，選擇自動(dòng)模式，選擇狀態(tài)，點(diǎn)擊庫(kù)1上層的進(jìn)庫(kù)，此時(shí)車庫(kù)的機(jī)械桁架會(huì)托起小車，水平移動(dòng)到庫(kù)1上層對(duì)應(yīng)的車位并旋轉(zhuǎn)90度，將小車穩(wěn)定放入對(duì)應(yīng)的車位，隨后桁架回到初始位置；取車時(shí)，我的車所在的車位是庫(kù)3下層，打開系統(tǒng)，點(diǎn)擊庫(kù)3下層的出庫(kù)，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)顯示停車的時(shí)長(zhǎng)以及停車的費(fèi)用，點(diǎn)擊確認(rèn)后，桁架移動(dòng)到車位并旋轉(zhuǎn)90度托起小車，再次旋轉(zhuǎn)平移，將小車拖回路面落車，小車停穩(wěn)后，桁架返回初始位置。每個(gè)車位都有其對(duì)應(yīng)的編號(hào)在系統(tǒng)上，并包含了進(jìn)庫(kù)出庫(kù)兩個(gè)指令。本產(chǎn)品的停車取車會(huì)有記錄顯示，在停車時(shí)若是此車位已有小車，再次點(diǎn)擊此車庫(kù)的進(jìn)庫(kù)，此指令不會(huì)實(shí)施，報(bào)警模式將會(huì)啟動(dòng)，提醒駕駛員操作錯(cuò)誤，保證停車安全。

四、實(shí)踐教學(xué)研究

本設(shè)計(jì)車庫(kù)為三軸桁架機(jī)械手，設(shè)計(jì)的同時(shí)也為機(jī)器人專業(yè)教學(xué)和研究起到一定的實(shí)踐指導(dǎo)作用。機(jī)器人工程教學(xué)研究具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性，很多高校對(duì)機(jī)器人工程課程提出了一個(gè)比較完整的課程體系，但缺乏有效的實(shí)踐項(xiàng)目作為教學(xué)支撐，由于機(jī)器人工程本科專業(yè)的新興性，實(shí)踐課程體系尚未完整，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與研發(fā)可以有效的運(yùn)用機(jī)械原理，自動(dòng)控制，電工技術(shù)、可編程邏輯控制器、傳感器等課程的理論內(nèi)容，充分的鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，對(duì)于機(jī)器人工程專業(yè)的教師和學(xué)生具有較好的教學(xué)作用，有效地解決了高校教學(xué)中生產(chǎn)、實(shí)踐、研究不能很好切合的問題。

五、總結(jié)

本文主要研究?jī)?nèi)容是根據(jù)我國(guó)停車設(shè)備實(shí)際發(fā)展情況分析設(shè)計(jì)了基桁架式立體車庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)及其控制流程，對(duì)立體車庫(kù)的執(zhí)行機(jī)夠進(jìn)行了原理介紹，使得本設(shè)計(jì)基本滿足所需控制功能和使用要求，桁架式立體車庫(kù)與傳統(tǒng)的一拖二或一拖四結(jié)構(gòu)相比具有成本更低、節(jié)約土地、實(shí)用性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的機(jī)械操作的基礎(chǔ)下我們用HMI操作來代替機(jī)械按鍵操作。將一些需要技術(shù)的操作轉(zhuǎn)換成大眾化的簡(jiǎn)單操作的模式，可以使車主自助停取車，實(shí)現(xiàn)無人管理。該設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以預(yù)埋地下，通過設(shè)置拖動(dòng)蓋板使得桁架水平移動(dòng)后蓋板鋪滿地面，保護(hù)地面車輛與行人安全。其次，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人專業(yè)的通用教材與實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行分析用機(jī)器人工程產(chǎn)品的設(shè)計(jì)帶動(dòng)教學(xué)，也進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)相關(guān)問題作了詳細(xì)的闡述，為同專業(yè)教師提供一定的參考。

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基金項(xiàng)目： 武漢商學(xué)院校級(jí)教研課題：應(yīng)用型高校多平臺(tái)協(xié)同教學(xué)的實(shí)踐與研究 ——以機(jī)器人產(chǎn)學(xué)研中心為例（課題號(hào)2017Q003）

作者簡(jiǎn)介：陳鑫（1988），男，湖北武漢人，碩士，工程師，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)仿真，機(jī)器人伺服控制；彭釗（1998），男，湖北天門人，本科，武漢商學(xué)院機(jī)器人專業(yè)學(xué)生，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)。