基于慧魚模型的自行車智能停車裝置設(shè)計(jì)

聶陽(yáng)文　黎子豪　閏磊　胡星

摘要：針對(duì)目前自行車停車裝置存在停放位置不足（或亂停亂放）、久置積灰以及停放不安全等問題，設(shè)計(jì)了一種頂樓式自行車智能停車裝置，采用了慧魚模型零部件對(duì)該裝置設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模型搭建，并基于慧魚ROBO PRO編程軟件對(duì)該裝置進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證了該裝置設(shè)計(jì)方案技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞：慧魚模型;自行車;停車裝置;環(huán)境污染

中圖分類號(hào)：U495

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10. 15913/j.cnki.kjycx.2019.09.020

近年來(lái)，隨著交通擁堵、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重，自行車作為一種經(jīng)濟(jì)便利、低碳環(huán)保的交通方式，作為一種健康的生活方式，受到世界各國(guó)青睞[1]。與此同時(shí)，自行車停放問題隨著自行車數(shù)量增長(zhǎng)而越來(lái)越嚴(yán)重，例如停放位置嚴(yán)重不足（亂停亂放影響公共環(huán)境）[2-3]、久置積灰以及停放不安全等問題，而現(xiàn)有的自行車停車裝置普遍存在占用公共空間、功能相對(duì)單一以及容易被盜等問題。本文設(shè)計(jì)了一種頂樓式自行車智能停車裝置，采用密碼存放方式，將自行車停放在小區(qū)休息亭、路面車庫(kù)或者公交站臺(tái)候車亭的頂部，不占用公共空間，并且配置擦拭除塵裝置對(duì)自行車上灰塵進(jìn)行擦拭，有效解決目前自行車停放問題。

慧魚模型是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類拼裝模型，涵蓋機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性和啟發(fā)性，被廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)中[4]。本文基于慧魚模型對(duì)頂樓式自行車智能停車裝置設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模型搭建，并采用ROBO PRO編程軟件對(duì)該裝置進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，驗(yàn)證了該裝置設(shè)計(jì)方案在工程技術(shù)可行性。此作品已獲得第八屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚組競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)方案

頂樓式智能自行車停車裝置的設(shè)計(jì)方案綜合運(yùn)用了連桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)、絲杠螺母結(jié)構(gòu)等多種慧魚模型零部件，實(shí)現(xiàn)了將自行車夾緊、提升、下降、轉(zhuǎn)向、擦拭除塵等自行車存取全過程的穩(wěn)定運(yùn)行，其模型總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。頂樓式智能自行車停車裝置適合在多種小區(qū)環(huán)境下進(jìn)行搭建，例如它既可以搭建在小區(qū)綠化帶、空閑區(qū)域的上方，也可以搭建在小區(qū)休息亭、路面車庫(kù)或者公交站臺(tái)候車亭的頂部等，其主體部分由夾取裝置、運(yùn)輸裝置、停車位及擦拭除塵裝置組成。

1.1 夾取裝置

夾取裝置由連桿機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)裝置組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車前輪的夾緊、準(zhǔn)備運(yùn)送。連桿機(jī)構(gòu)由兩個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組合而成.其中滑塊作為連桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件，其模型和運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖分別如圖2、圖3所示。連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)通過氣動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，用以控制夾取裝置的張開與閉合。氣動(dòng)裝置具有穩(wěn)定、安全、可靠等特點(diǎn)，相比電磁閥具有斷電保護(hù)功能。氣動(dòng)裝置由氣缸、電機(jī)、聯(lián)軸器、氣動(dòng)閥組成。

1.2 運(yùn)輸裝置

運(yùn)輸裝置主要實(shí)現(xiàn)將自行車準(zhǔn)確地運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，其模型如圖4所示。運(yùn)輸裝置主要由二級(jí)升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和單絲杠導(dǎo)軌三部分組成。

二級(jí)升降機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條傳動(dòng)、絲杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了自行車在垂直方向上的兩級(jí)提升。第一級(jí)升降機(jī)構(gòu)通過齒輪箱與齒條的配合，將夾取裝置固定在齒輪減速箱的下方。停車時(shí)，夾取裝置夾住自行車，電機(jī)開始運(yùn)作，使齒輪箱沿齒條爬升，從而使自行車上升至指定位置;取車時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)使齒輪箱沿齒條下降，從而使自行車下降至地面。第二級(jí)升降機(jī)構(gòu)由絲杠和導(dǎo)軌組成，絲杠與一級(jí)升降機(jī)構(gòu)整體配合。停車時(shí)，在一級(jí)升降機(jī)構(gòu)上升后，電機(jī)帶動(dòng)絲杠使一級(jí)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)一步上升，從而使上層空間被更好利用，提高空間利用率;取車時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)首先使一級(jí)升降機(jī)構(gòu)整體下降，然后一級(jí)升降機(jī)構(gòu)再下降，從而使自行車能夠平穩(wěn)降至地面供用戶取車使用。

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一大一小齒輪組成，小齒輪直接連接在電動(dòng)機(jī)上，大齒輪位于二級(jí)升降機(jī)構(gòu)的底座上，旋轉(zhuǎn)的角度大小由電腦程序中對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的行程限制來(lái)進(jìn)行控制，如圖5所示。當(dāng)二級(jí)升降機(jī)構(gòu)將自行車提升至一定高度后，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將自行車水平旋轉(zhuǎn)900進(jìn)行停放車操作，或再旋轉(zhuǎn)900進(jìn)行車輛擦拭。單絲杠導(dǎo)軌用來(lái)運(yùn)輸二級(jí)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)整體，其一端為一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而傳動(dòng)至絲杠帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩邊由鐵桿固定，另一端上方連接二級(jí)伸縮旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，下方連接停車區(qū)，二級(jí)伸縮旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可在其上方滑動(dòng)。

1.3 擦拭除塵裝置

擦拭除塵裝置主要作用是解決久置自行車的積灰問題，讓人們享受干凈舒適的騎行過程，如圖6所示，該裝置主要利用太陽(yáng)能板提供能源，從而給風(fēng)扇供電，形成真正的綠色環(huán)保的供能方式。其主要機(jī)構(gòu)由除塵風(fēng)扇、齒輪齒條鏈條連續(xù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、正反轉(zhuǎn)持續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擦拭海綿構(gòu)成。其中，除塵風(fēng)扇是為了解決自行車表面的積灰;正反轉(zhuǎn)持續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擦拭海綿可以清理掉自行車表面大部分的灰塵，它由鏈條、齒輪等機(jī)構(gòu)組成。另外，考慮到鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)和擦拭時(shí)需要的速度與力度，我們采用合適鏈輪速度和齒數(shù)，得到了最為理想的傳動(dòng)比。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本控制系統(tǒng)采用兩塊TXT Controller控制板，完成頂樓式智能自行車停車裝置的存車、取車及擦拭除塵功能，其控制程序的Panel面板如圖7所示。

2.1 存車過程

用戶先將自行車放置在安置好的候車位上，然后在系統(tǒng)操作界面點(diǎn)擊存車按鈕，隨后裝置會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)按下存車按鈕，程序通過傳感器依次判斷停車裝置上所有車位有無(wú)空車位，并且就近選擇空車位進(jìn)行停車，以節(jié)約存車時(shí)間和裝置運(yùn)行能耗。以1號(hào)車位存車為例來(lái)分析.點(diǎn)擊存車按鈕，程序通過0號(hào)位傳感器II，通過程序中的門的開關(guān)判斷0號(hào)位有車，因此0號(hào)位存車子程序不運(yùn)行，接著判斷1號(hào)位是否有車，當(dāng)1號(hào)位無(wú)車輛時(shí)，1號(hào)位存車子程序運(yùn)行，如圖8所示，并將1號(hào)位對(duì)應(yīng)的存車密碼反饋至顯示面板。

2.2 取車過程

用戶在顯示界面輸入自己的取車密碼后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出選擇是否擦車界面，當(dāng)用戶選擇“否”后，夾取裝置空載運(yùn)行至目標(biāo)自行車上方，夾取裝置夾住自行車，再由升降機(jī)構(gòu)和運(yùn)輸機(jī)構(gòu)將車輛送至候車位完成取車過程。

2.3 擦拭除塵過程

用戶在系統(tǒng)顯示界面輸入取車密碼后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出選擇是否擦車界面，當(dāng)用戶選擇“是”后，夾取裝置空載運(yùn)行至目標(biāo)自行車上方，夾取裝置夾住自行車，由運(yùn)輸裝置帶動(dòng)自行車向擦拭除塵裝置運(yùn)動(dòng)，直至觸碰到限位開關(guān)運(yùn)輸裝置停止運(yùn)行，除塵風(fēng)扇和擦拭海綿同時(shí)運(yùn)作。擦拭除塵完畢后，系統(tǒng)會(huì)控制運(yùn)輸裝置將自行車送至候車位，其控制程序如圖9所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的頂樓式智能自行車停車裝置，可以在多種環(huán)境下采用頂樓式搭建方式，不占用小區(qū)的地面空間，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)自行車的智能化規(guī)范化管理;停車取車的整個(gè)操作過程簡(jiǎn)單、方便、費(fèi)時(shí)少，適合多個(gè)年齡段人群使用;擦拭除塵機(jī)構(gòu)可以針對(duì)自行車重點(diǎn)部位進(jìn)行清潔，有效解決了自行車長(zhǎng)時(shí)間放置容易積灰的問題，并且作業(yè)時(shí)間短、清理效率高;用戶通過密碼取車保證了自行車存儲(chǔ)的安全性。因此，頂樓式智能自行車停車裝置具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

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