基于慧魚組件的自行車停車裝置

史志慧， 吳何畏， 陳 新， 李月寒， 張 武， 齊海寧

（湖北文理學院， 湖北 襄陽 441053）

引言

為解決現有小區自行車停車難的問題，提高場地利用率，提高停車效率等滿足人們對小區自行車停放的要求，同時促進我國小區建設的發展。我們設計了一種全自動草坪空中自行車停車裝置。該停車場選址新穎獨特，結構簡單可靠，性能穩定，存取車簡單方便，實用性強。可以高效便捷的存取自行車，同時空中停車場不影響小區綠化建設，兼顧解決問題和綠化建設。不僅適用于已有小區的停車場規劃，對小區規劃建設也是一個很好的參考。

1 總體結構

全自動草坪空中自行車停車裝置，分為上下兩層共有12個停車位。主要由單軌懸吊軌道結構、桁架下的機械手結構、雙滑塊連接的自鎖式吊鉤、自動門結構以及ROBOPRO和PLC相結合的控制系統等組成[1]，如圖1所示。自鎖式吊鉤在起始停車位上固定自行車，可自鎖結構增加自行車懸掛的穩定性；電機控制機械手三軸向移動到停車位并控制機械臂觸近滑塊，同時控制手爪抓住滑塊；在單軌懸吊軌道上，滑塊帶動萬向輪在軌道上行走，即吊鉤在軌道上行走并帶動懸吊在正下方的自行車移動；通過實現自行車在起始停車位與停車位之間的移動實現存取[2]。

1.1 單軌懸吊軌道結構設計

該軌道也稱懸臂式立體自行車庫停靠架，停靠架長度為一個自行車全長，所述停靠架用做放置方形小車，所述小車下面帶有兩個掛鉤，通過停靠架縫隙懸置自行車，小車在懸臂式停車架上運動可以帶動懸空的自行車，達到存取自行車的目的。

1.2 桁架機械手結構[3-5]

機械手倒立結構固定在桁架上，機械手又包括抓取機構和傳送機構，抓取機構包括手指、傳力機構等，主要是用來抓取和放置工件（或工具）的部件；傳送機構包括手腕、手臂等，主要是改變選定目標的方向和位置，如圖2所示。

該停車裝置的運動部分均由機械手來完成。下面通過建立機械手手爪與吊鉤上滑塊之間的運動關系對機構進行運動分析。機械手的運動過程如下：

1）當執行存車命令時,機械手抓住吊鉤上的滑塊水平移動到起始停車位，抓取動作可以通過吸盤、氣動手指和杠桿機構等完成。

2）若存入第一層停車位，機械手水平移動到指定位置即可。若存入第二層停車位，機械手抓取吊鉤上的滑塊沿Z軸方向垂直上升到第二層對接起始軌道。再在平面上移動將自行車送至相應停車位即完成存車命令。

3）停車完成后機械手沿上述軌跡反方向運動到起點待命。

4）當執行取車命令時，若取第一層自行車，機械手沿X軸方向將吊鉤抓住，在水平移動到起始停車位。若取第二層自行車，機械手沿X軸方向抓住吊鉤再通過Z軸的升降運動將吊鉤釋放到指定軌道對接點即完成取車命令。

5）機械手沿上述軌跡反方向運動到起始點待命，開始下一個循環。

圖1 總體結構圖

圖2 機械手結構圖

根據控制要求,旋轉運動和X軸方向的直線運動可以同時進行。

機械手主要由傳輸機構、運動機構、控制系統三大部分組成（如圖3所示）。

圖3 機械手控制構成圖

運動機構使手部完成各種轉動、移動或復合運動來實現既定動作，改變被抓持部件的方向和位置。驅使其運動的動力源，常用的有液壓、氣壓、電力和機械四種驅動形式。本文設計的機械手采用的是電力驅動。

控制系統是通過對機械手每個自由度電機的控制，來完成動作的程序、位置和時間（甚至速度與加速度）等，是機械手動作的指揮系統。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機或DSP等微控制芯片構成，通過對其編程實見所要求的功能。本文設計的控制系統采用的是慧魚編程軟件PROROBOTXT。

1.3 自鎖式吊鉤結構

該結構由兩個滑塊、滑塊上的萬向輪及滑塊下的吊鉤組成[6-7]，如圖4所示。其中吊鉤由三個鉤子組成，其設計思路是滿足自行車固定要求。上面滑塊與下面滑塊剛性連接，下面滑塊與吊鉤剛性連接，整個結構穩定。

1）鉤子的數量及位置布置起到了自鎖性功能。單個鉤子鉤住自行車座，雙鉤子對稱鉤住自行車把手，既滿足了自行車的固定作用，也起到了自鎖作用。當自行車受很大徑向拉力時不易脫離吊鉤。

2）機械手抓住滑塊使整個吊鉤在軌道上移動。當吊鉤在第一層存取時，下面滑塊的萬向輪在軌道上移動；當吊鉤在第二層存取時，上面滑塊的萬向輪在軌道上移動。

3）萬向輪在軌道上行駛，接觸面的摩擦較小、靈活的轉向提高了吊鉤在軌道上的運動速度。

圖4 吊鉤結構圖

1.4 自動門結構[8-12]

自動門是單滑門結構；單滑門結構只有一扇門，開合運動結構簡單、相對于雙滑門比較好控制、節約成本但占用空間稍大。實際應用中可操作性高，所以更加適用于停車裝置做庫門。自動門由光敏傳感器、微動開關等元件組成，當有物體經過門時，光敏傳感器反饋信息給控制器，控制器控制門開合。即存取車時當人進門和出門時門會自動開合。

2 工藝流程分析

自行車存取的過程如圖5所示：

存車時，自行車沿地面推送至入庫門，車到達設定位置時，按下存車按鈕。智能管理系統通過無線通訊技術獲取該自行車ID并分配停車位，用戶獲取ID后即完成操作。

圖5 自行車存取流程圖

入庫登記程序完成后，ROBOPRO[13-15]控制的機械手伸出，從吊鉤停放架上抓住吊鉤至庫門，鉤子固定待存自行車，機械手再將吊鉤送入相應停車位軌道，即自行車入庫。并在PLC管理的存、取自行車系統中完成登記。

取車時，用戶在出庫門輸入ID，PLC控制的智能管理系統檢索ID對應自行車，ROBOPRO控制的機械手到達指定停車位，抓取吊鉤將快吊鉤送至出庫門，即自行車出庫。待自行車取走后將吊鉤放回停放架。

3 結論

本設計具有環保、便捷、拓展性強等特點。機械手控制自行車的存取快捷方便；小單元化系統體積不大，相比于傳統存取裝置更加節約空間且拓展性強；無底板的空中懸吊式停車更節省材料；軌道上運行優化了停車路線；透明亞克力做頂棚透光性強，白天不影響草坪綠化，晚上保障自行車安全。此停車裝置的出現，一定程度上解決了已有小區自行車停車場困難的現象，獨特新穎的空中草坪自行車停車裝置在現代化城市有著極佳的市場前景和應用值。

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