第八屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽慧魚組競賽(2018)設(shè)計說明書作品名稱：半地下式電動車存取停放系統(tǒng)王江安旭松馮瑞金明參賽單位：長春師范大學(xué)1設(shè)計背景 11.1課題的提出背景 11.2課題的設(shè)計構(gòu)想 22方案設(shè)計 32.1升降臺裝置設(shè)計 32.1.1動力構(gòu)件設(shè)計 42.1.2車輛承載板設(shè)計 42.2緊定夾具設(shè)計 52.2.1夾具設(shè)計 52.2.2傳動構(gòu)件的設(shè)計 62.3Y軸導(dǎo)軌設(shè)計 62.3.1導(dǎo)軌裝置的設(shè)計 62.3.2旋轉(zhuǎn)承載平臺的設(shè)計 73程序設(shè)計 74運動原理分析 95主要創(chuàng)新點 96推廣應(yīng)用價值 參考文獻 長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書11設(shè)計背景1.1課題的提出背景改革開放四十年來，科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)得到了高速的發(fā)展，尤其是“智慧城市”的提出，智慧城市概念的提出給各大城市和世界的可持續(xù)發(fā)展、智能化管理、科學(xué)配置的管理提供了理論基礎(chǔ)，建設(shè)智慧城市已經(jīng)成為當(dāng)今世界城市發(fā)展中不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流，“智能化系統(tǒng)”作為“智慧城市”的重要組成部分得到了大力的發(fā)展，智能化系統(tǒng)也已經(jīng)成為當(dāng)今世界發(fā)展的主流，智能系統(tǒng)學(xué)科已經(jīng)發(fā)展延伸到與城市生態(tài)、低碳城市、便捷舒適等發(fā)展概念相交叉。隨著資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的提出，人們的出行方式也發(fā)生了很大改變，自行車和電動車作為低碳環(huán)保的出行方式成為了大眾越來越青睞的方式之一，與此同時出現(xiàn)了種種問題，例如非機動車亂停亂放、違規(guī)占道等規(guī)劃不合理問題。近年來，各大國家經(jīng)濟發(fā)展迅速，非機動車這種經(jīng)濟便捷的交通工具急劇增加，但是停車卻是一個非常麻煩的問題。對于這種現(xiàn)狀，國外大部分也實行了許多措施，伴隨著非機動車停車庫的建設(shè)逐漸顯露了一些問題，突出表現(xiàn)在以下幾1.車庫占地面積較大，空間利用率不高現(xiàn)有的大多數(shù)停車系統(tǒng)占用了小區(qū)內(nèi)路面有限的存車空間，多數(shù)為路邊側(cè)單排停車架，沒有有效的利用地面的可用面積，在一定程度上造成了空間資源的浪費。眾所周知小區(qū)內(nèi)的活動范圍十分有限，如果停車庫的占地面積過大會致使居民的活動空間再度縮減，對于路邊側(cè)的停車架也不太利于人為管理，經(jīng)常會出現(xiàn)車輛的亂停亂放現(xiàn)象2.車輛停放不規(guī)范，存車效率不高老舊生活小區(qū)道路普遍較為狹窄，公共空間并沒有規(guī)劃非機動車停車設(shè)施，即使后期在小區(qū)旁設(shè)置規(guī)劃了非機動車停車位，但是由于停車系統(tǒng)是傳統(tǒng)式停車，沒有專人管理，存車又不具有智能化，導(dǎo)致非機動車輛隨意停放，嚴重浪費停車空間，導(dǎo)致存車效率不高。3.存車系統(tǒng)不完善，存車安全性不高在城市老舊小區(qū)，除了綠化區(qū)域，基本上沒有專用的非機動車存放位，導(dǎo)致長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書2人們只能將車停放在小區(qū)樓道或家里，但對于五至劉樓居民只能把車停放在小區(qū)樓道或新建的非機動存放位，新建的非機動車停放多為露天式、立樁式、停車棚停放，但這些都沒有專門管理人員進行管理，導(dǎo)致車輛遺失、車輛損壞，存車安全性不高。隨著“環(huán)境友好型社會”“資源節(jié)約型社會”的提出，城市中越來越多的居民選擇了綠色低碳的出行方式，進而電動車這種代步工具頗受人們的喜愛，與此同時電動車停車難、亂停亂放等問題日益凸顯?，F(xiàn)今如何高效利用有限的存車空間、如何提高存取車的效率、如何解決車輛的亂停亂放現(xiàn)象這個問題迫在眉睫，誰能率先解決好這些問題誰就能領(lǐng)先占領(lǐng)電動車停車庫市場。對于每一個小區(qū)的居民來說，都希望自己能隨時存車隨時取車，并且還能使電動車在一個安全的保護裝置中。對于中國這樣一個人口大國這已然成為關(guān)系民生的大問題。現(xiàn)有的針對電動車的停車裝置多數(shù)占地面積較大，還不能有效的節(jié)省人力、物力和財力，不能從根本上解決居民待解決的停車問題。基于以上出現(xiàn)的種種問題，我們設(shè)計研發(fā)了一款能真正投入使用的半地下式電動車停車系統(tǒng)，既能很大程度上節(jié)省地面的占地空間，也能省去人為的停放，還能達到安全管理的作用。此停車庫可以實現(xiàn)高效(無人為因素)的純機械自動化停車，對現(xiàn)有的裝置進行了改進和完善。與此同時它選用了半地下式的結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)地面的方式，能大大提高空間的利用率。系統(tǒng)的成本低、效率高、占地小、實用性強、高平穩(wěn)性等特點帶動了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足了用戶的剛性要求與柔性需求，方便人民，服務(wù)大眾。圖1存取停放系統(tǒng)軸測視圖圖2存取停放系統(tǒng)軸測視圖長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書32方案設(shè)計2.1升降臺裝置設(shè)計升降臺裝置是整個系統(tǒng)的輸入部分，是停車裝置的基礎(chǔ)。車主將電動車停放在置于地面的停車板上，并將車輛利用夾緊方式穩(wěn)定，通過Y軸方向進行傳輸，可以使車輛伴隨停車板下降至地下的存儲空間，整個過程中停車板運動平穩(wěn)沒有沖擊，傳送速度相對較高，減少了人為的因素，在一定程度上為停取車節(jié)省了時圖3升降裝置1黑兒集長新師有大學(xué)圖4Z軸升降臺的裝配圖長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書4在設(shè)計傳送裝置時，主要考慮的是能保證傳送平穩(wěn)、高效，較少人為因素的干擾，彌補人力存取車時浪費時間的不足。車輛與承載板同時運動，電動車在傳送裝置上一定要平穩(wěn)傳遞，這樣才能保證在傳輸過程中的穩(wěn)定性，減少人力的干擾。高效也是在設(shè)計中需要解決的主要問題，人為自主停放會花費大量的時間，所選用的傳遞裝置必須要有較高的傳遞效率才能適應(yīng)當(dāng)今人們的“快節(jié)奏”生活。綜合以上因素，我們采用了齒輪齒條的傳動方式，齒輪齒條的傳動精度較高、不會出現(xiàn)打滑以及卡頓現(xiàn)象。但同時我們也注意到，不能使用過長的齒條傳動，短距離運輸能夠使得車輛在停車板上更平穩(wěn)，在傳動過程中通過程序控制能實現(xiàn)良好的同步運動。每一輛車都會與車輛停車板實現(xiàn)同步運動，存取使用同一通道，可以形成不間斷即時傳動。在車輛的傳動過程中，電動車要放在承載板上，為了避免電動車在運動過程中不會從停車板上掉落，在承載板上的車輛運動方向添加了存儲導(dǎo)軌，并設(shè)置了夾緊定位裝置。該設(shè)計采用了可變式夾緊定位的裝置，能夠依據(jù)車體的寬度實現(xiàn)車輛的夾緊，沒有采用四邊加高的箱體式定位，是因為采用這種方式可能會致使車體晃動，車輛在停取過程中還需要用氣泵夾具將車輛推進取出，如果采用該種方式即不可實現(xiàn)夾具的推進取出功能。由于車輛與承載板在同時運動過程中，需要將電動車用機械手夾住其端部，由電機驅(qū)動機械手的運動從而實現(xiàn)在存儲導(dǎo)軌上的X、Y軸機械進給。承載板的大小依據(jù)車體大小量定其大小不影響整體運動，從而也能節(jié)省停車系統(tǒng)的空間大小。圖5車輛停放裝置長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書5圖6車輛停放裝置的裝配圖緊定夾具是電動車停車系統(tǒng)的核心，通過人力達不到的智能程序控制，來實現(xiàn)人力所不能實現(xiàn)的動作，這部分裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大，升降、旋轉(zhuǎn)與載入裝置的同步運動合成在一起實現(xiàn)了一次次車輛的停取，高精度、高效率體現(xiàn)了智能機械的優(yōu)越性。圖7氣泵夾具圖8氣泵夾具2.2.1夾具設(shè)計緊定夾具以及夾口裝置是整個系統(tǒng)存取停放車輛的載體，對整個系統(tǒng)起到夾長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書6緊的作用。該一共分為兩個部分，水平夾緊支架和垂直夾緊支架。水平方向的夾具主要用于車輛的進給，該方向的氣泵夾具可以將車體的端部夾緊，實現(xiàn)其來回推進；垂直方向的夾緊支架用于車輛的緊定，實現(xiàn)電動車的固定功能，可以將其牢牢的鎖死在停車板上。我們在滿足正常條件下盡可能的減小夾具的尺寸，在水平方向的夾具采用了氣泵式，氣泵式的夾具能更好的解決夾具的張緊問題，其精度較高，質(zhì)量較好，可以很好的彌補純機電控制式的夾具在夾緊時的不牢固問題。這樣選擇稍小尺寸的支架既可以減輕重量又可自由調(diào)節(jié)，實為一舉兩得。我們根據(jù)其固有特性，依舊采用了齒輪齒條的傳動方式，將機械夾具固定在推進裝置的前伸部分，利用齒輪齒條傳動再通過程序控制其前進運動以及張開、夾緊。在傳動過程中，車輛承載板會沿著X軸方向的運動，可以通過氣泵夾具實現(xiàn)電動車準(zhǔn)確進入存車平臺。垂直方向的夾緊裝置通過超聲波距離探測來實現(xiàn)，通過插入卡片可以根據(jù)感應(yīng)的距離不同，自動識別出不同的車位，進而通過編程控制實現(xiàn)垂直方向上的夾緊裝置的啟動。在存車過程中，用戶將卡片插入識別裝置中，識別后該車位的夾緊裝置將會啟動，等待電動車停入到該車位時將車體夾緊，從而實現(xiàn)車輛穩(wěn)定的停放。這樣的單獨設(shè)計，把推進部分和緊定部分拆分成兩個結(jié)構(gòu)，通過不同的程序設(shè)定可用于不同的環(huán)境當(dāng)中，方便智能、位置可調(diào)節(jié)、適應(yīng)性強、實用性強。2.3Y軸導(dǎo)軌設(shè)計Y軸導(dǎo)軌是整個系統(tǒng)的傳動中心，通過編程控制旋轉(zhuǎn)臺在導(dǎo)軌上自由移動，尋找可以停放車輛的位置，可以通過超聲波傳感器裝置檢測該車位是否空置，通過延時程序可以控制旋轉(zhuǎn)臺在導(dǎo)軌上的任意位置停下，進而實現(xiàn)車輛在X軸方向的進給。在設(shè)計該部分系統(tǒng)時我們主要考慮是運動過程中的穩(wěn)定性，不能在傳動時出現(xiàn)晃動現(xiàn)象，我們采用了滾軸絲杠的傳動方式，絲杠傳動的高精度、無打滑現(xiàn)象、長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書7適合遠距離傳輸、無噪聲，適合用作車輛承載板的運輸。依托于絲杠的傳動精度高的特點，在傳動過程中通過程序控制能與旋轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)良好的同步運動，在絲杠運動中可以放置多個托板，同時與絲杠嚙合，從而形成不間斷的循環(huán)傳動。圖9Y軸方向?qū)к壴赮軸移動的導(dǎo)軌上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)平臺，該承載平臺不僅承載之前的Z軸豎直運動平臺，還可以實現(xiàn)在XOY平面的旋轉(zhuǎn)，在兩側(cè)的停車平臺中，如果其中一側(cè)的車位已滿，該旋轉(zhuǎn)平臺可以通過旋轉(zhuǎn)將其轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)另一側(cè)車位的停放。此旋轉(zhuǎn)平臺的設(shè)計巧妙地運用了雙向?qū)ǖ奶攸c，通過旋轉(zhuǎn)的方式，使得導(dǎo)軌兩側(cè)能同時停放車輛，既節(jié)省空間又方便車輛的存取，可謂是一舉兩得。圖10XOY平面旋轉(zhuǎn)以下為單輛電動車的存取流程，其中存車為，當(dāng)用戶停放車輛時碰到開關(guān)I1,然后機械手夾住車輛起到固定作用。車輛被固定完成后，升降電機M2啟動，把長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書8車輛降到地下，在M2下降的過程中會碰到限位開關(guān)I2,然后負責(zé)Y軸運動電機M3啟動，把車輛運送到車位前方，然后負責(zé)X軸的電機啟動把車輛推進存車板，在存車板處機械手固定好車輛后，載車板上夾持松開車輛后退回，完成存車。程序圖如下33圖11主程序圖圖12存車程序圖長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書9取車為，當(dāng)用戶按下取車開關(guān)I1后，負責(zé)升降的電機M2使運送臺下降，然后M3負責(zé)Y軸把載車板送到用戶停車位前，這時X軸電機啟動，方便載車板上的機械手夾住車輛，此過程會碰到一個限位開關(guān)I3,當(dāng)碰到限位開關(guān)后，先是載車板上的機械手夾住車輛，然后存車板上的機械手松開車輛，方便X軸運送車輛到載車板，最后載車板原路返回把車輛送到地面，即完成取車。程序圖如下圖13取車程序圖4運動原理分析“XYZ三軸式”電動車停車庫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與承載板的同步傳輸，并且可以在X、Y、Z三個方向上任意移動，在居民停車時，車輛進入到承載裝置，電機會啟動開始帶動Z軸方向的齒輪齒條運動，承載板的機械夾具也會將車體夾住，使其不脫離承載板。接下來旋轉(zhuǎn)臺裝置在導(dǎo)軌上開始平移移動，通過超聲波傳感器的作用實現(xiàn)自動尋找空置的車位，在車輛承載板和存車板對接好之后，再啟動X軸方向上的電機，將電動車運送至存車板上，存車板上的緊定夾具開啟，電動車進入到存車位置時夾具會立即把車體的端部鎖死，整個載入存儲過程一直循環(huán)往復(fù)。當(dāng)一側(cè)的停車板滿載之后，旋轉(zhuǎn)臺會自動旋轉(zhuǎn)180度開始另一側(cè)的車位存儲，進給的過程與之前完全一致。5主要創(chuàng)新點該系統(tǒng)建立于地下，大大節(jié)省了占地面積；也在一定程度上提高了安全保障；能夠存取12輛左右的電動車，并為電動車自動充電；采用XYZ三軸式的傳送，采用流水線式的運行模式，可以更高效的存取車輛，極大的緩解了小區(qū)停車難的長春師范大學(xué)半地下式電動車停放存取系統(tǒng)設(shè)計說明書問題?？梢蕴岣哕囕v的存取速率；純機械自動化的方式減輕了人力的停放，也節(jié)省了大部分的存取電動車的時間。6推廣應(yīng)用價值半地下式的停車庫能有效解決城市老舊小區(qū)的停車難、亂停放等問題，契合居民的想法，能很大程度上滿足居民對小區(qū)電動車停放的需求，既能節(jié)省占地面積，也能安全管理，還可實施充電功能，具有很大的應(yīng)用前景。在經(jīng)濟方面，整個系統(tǒng)的運營成本也相對較低，對于用戶來說可以接受?，F(xiàn)有的一代產(chǎn)品可以事先投放在老舊小區(qū)中，之后可以推廣至城市的高級小區(qū)或者公共人群較多的地方，例如車站、醫(yī)院、公司大樓等。參考文獻[1]毛茂林，王培俊，羅大兵.慧魚模型創(chuàng)意教程[M].西安交通大學(xué)出版社，2010.[2]曲凌.慧魚機器人設(shè)計與實踐教程[M].上海交通大學(xué)出版社，2007.[3]張鐵異，曹曉中，黃炳瓊.慧魚實驗系統(tǒng)的二