基于機電創新平臺的停車裝置設計*

陳玉瑜，鐘 璞，師麗俠

（江蘇省常州紡織服裝職業技術學院機電學院，江蘇常州 213164）

0 引言

隨著社會的不斷發展，人民生活水平不斷提高，車輛越來越普及，加之大部分城市小區規劃時車位配備比例未達到1∶1（尤其20 世紀八九十年代老小區），所以出現了車輛無處停放或亂停放現象，嚴重影響了居民的日常生活，加大了小區管理的難度。針對這一現象，部分學者從供給側改革、車位管理等宏觀層面提出了解決方案[1-3]，市面上也已出現了一些立體停車庫，可以大致分為升降橫移式、垂直循環式、巷道堆垛式、垂直升降式、平面移動式、簡易升降式6種類型[4-6]。

升降橫移式采用以載車板升降或橫移存取車輛的機械式停車設備，當某一車位需移動車庫存取車輛時，其他的所有車位均能自行橫移，其成本低，操作簡單，接汽車迅速，等待時間短，但是每組設備必須至少留有一個空車位，鏈條牽動運行過程中有汽車傾斜墜落的安全隱患。垂直循環式立體車庫通過減速電機帶動傳動機構，在牽引鏈條上，每隔一定距離安裝一個存車托架，存車托架隨鏈條一起以垂直方向做循環運動，從而達到存取車輛的目的，該停車系統設備動力單一、操作簡單，一次轉運即可完成存取車，但外形不美觀。立體巷道堆垛式立體車庫用巷道堆垛機將機車水平且同時垂直移動到預定泊車位置或相反取出汽車，適用于大規模密集式存車，這種立體式車庫技術要求較高，單堆垛機成本較高，設備結構復雜，相對來說故障率高。垂直升降式立體車庫主要通過升降機構、橫移機構、進給機構及回轉臺之間的配合完成載車板的存放與取出，每個小單元的工作原理類似于常見的電梯運作方式，一般其高度較高，對設備的安全性、加工安裝精度等要求都很高。平面移動式立體車庫是指在同一層上采用搬運臺車平面移動車輛，存車超過20 輛時，高峰取車時間過長，依次取車第20 輛約需30 min以上，實用性差[4-6]。

從以上的分析可以看出，目前的立體停車庫外形難看、結構設計不合理，配置不方便、使用維護不方便等。為此，本文設計一款性價比高、外形美觀，符合綠色城市理念的立體停車裝置。

1 總體方案設計

設計的停車裝置外形為摩天輪形狀，如圖1 所示，內外層各均勻布置12 個停車位，共24 個停車位（根據結構尺寸的大小，可以增減層數和每一層的車位數）。通過伺服電機驅動，均勻布置于可循環轉動機構上的24 個停車位，可實現空間圓形路徑平動。外層最低位為停/取車位，當某個停車位空載且處于最低點時，汽車可從地面直接開到停車位；內層的停/取車位與內層最低位相隔兩個車位，這樣可以防止內外層停/取車發生干涉，內層停/取車需要有上下車道，上下車道與出入口均采用分離形式。伺服電機每轉30°停一次，保證停/取車位準確地旋轉到內外層車庫的出入口。該停車裝置主要由機架、電動機、傳動系統、車倉吊框等組成，每個車窗吊框上安裝感應燈，便于識別空車位，同時又增加了美觀性。

圖1 總體方案

2 傳動方案設計

采用齒輪傳動、帶傳動作為傳動方式達到減速的效果，這種結構外形美觀，傳動機構結構簡單，傳動安全可靠，傳動平穩，制作成本低，如圖2所示。

圖2 傳動方案

該停車裝置較升降橫移式停車庫占地面積小、存放車輛數量多、傳動平穩，安全可靠；較垂直循環式外形美觀；較立體巷道堆垛式結構簡單、成本低、維護方便；較垂直升降式安全可靠、成本低；較平面移動式存取車輛方便、接車迅速、等待時間短。

3 運動仿真

應用UG 軟件完成各組成零件的建模及裝配[7]，如圖3所示。

圖3 裝配圖

在模擬運動時，根據存取車的動作要求進行停車裝置和汽車的運動設計，在軟件中添加運動關系，然后進行運動仿真，觀察停車裝置的運動狀態，檢查干涉，并對其進行渲染[7-8]。當外層空車位旋轉至地面時，汽車駛入車位，離開時可以原路返回也可以從對面駛出，如圖4 所示；當汽車需要停在（駛出）內層車位時，內層空車位要旋轉到車庫內層出入口，考慮到斜坡上倒車的危險性，所以上下車道和進出口設計為分離式，如圖5所示。

圖4 外層汽車存取車

圖5 內層汽車存取車

4 創客設計

利用機電創新平臺“慧魚創意組合模型”和“Makeblock模型”，通過結構設計、模塊拼裝與軟件編程等環節，設計制作了摩天輪式立體停車裝置，闡述了該裝置的結構原理及制作過程，通過實驗調試能夠實現汽車的安全停放。

Makeblock 模型誕生于深圳，是集機械、電子、軟件為一體的創意實現平臺，其大部分零件都是6061 鋁合金制成，具有色彩絢麗的特點，尤其是搭建出的圓形結構物品非常堅固可靠，而金屬質感也能在一定程度上增強作品的專業性，因此被稱為“金屬版的樂高積木”。Makeblock的編程軟件Mblock，是一款積木式（圖形化）編程軟件，可以實現圖形化編程到c 代碼編程的轉換[9-10]。

該停車裝置的主體結構采用Makeblock 搭建而成，如圖6所示。而控制停車裝置的正反轉、每次轉過的角度、內層載車板180°的旋轉也是利用“Makeblock 模型”中的Mblock 編程軟件來實現。程序如圖7所示。

圖6 主體結構

圖7 程序圖

慧魚創意組合模型（fischertechnik）誕生于德國，是技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，是展示科學原理和技術過程的理想教具，也是體現世界最先進教育理念的學具，為創新教育和創新實驗提供了最佳的載體[11]。

慧魚創意組合模型的主要部件采用優質尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復拆裝的同時不影響模型結合的精確度；構件的工業燕尾槽專利設計使六面都可拼接，獨特的設計可實現隨心所欲的組合和擴充[12]。停車裝置中的24 個停車位均由慧魚模型搭建而成，如圖8所示。24個停車位和主體結構組合，形成完整的停車裝置，如圖9所示。

圖8 停車位

圖9 停車裝置

如圖9 的停車裝置在如圖7 的程序控制下，能夠實現正反轉運動，并且每轉30°停一次，保證內外層停車位都能準確地旋轉到車庫的出入口。

5 結束語

隨著小汽車的逐漸普及，停車難的問題日漸突出。本文運用三維設計軟件設計了一款摩天輪式立體停車裝置，并且運用三維仿真軟件對停車裝置和汽車的運動進行模擬運動，觀察停車裝置的運動狀態，檢查干涉。最后以機電創新平臺為載體，通過結構設計、模塊拼裝與軟件編程等環節，制作了摩天輪式立體停車裝置樣機，直觀呈現并闡述了該裝置的結構原理及制作過程，并通過實驗調試該裝置能夠實現汽車的安全停放。該停車裝置外形美觀、車位數目多，存取車方便可靠，制作成本低，能夠保護車輛，增加綠化面積，該設計中融入綠色發展理念，推動了現代化城市的綠色發展，具有很強的實用性及較大的推廣價值。