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(xiàn)有小區(qū)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(qū)自行車停放的要求，同時促進我國小區(qū)建設的發(fā)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(jié)構(gòu)簡單可靠，性能穩(wěn)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(qū)綠化建設，兼顧解決問題和綠化建設。不僅適用于已有小區(qū)的停車場規(guī)劃，對小區(qū)規(guī)劃建設也是一個很好的參考。

1 總體結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)、桁架下的機械手結(jié)構(gòu)、雙滑塊連接的自鎖式吊鉤、自動門結(jié)構(gòu)以及ROBOPRO和PLC相結(jié)合的控制系統(tǒng)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(jié)構(gòu)增加自行車懸掛的穩(wěn)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(xiàn)自行車在起始停車位與停車位之間的移動實現(xiàn)存取[2]。

1.1 單軌懸吊軌道結(jié)構(gòu)設計

該軌道也稱懸臂式立體自行車庫?？考?，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?？考芸p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(jié)構(gòu)[3-5]

機械手倒立結(jié)構(gòu)固定在桁架上，機械手又包括抓取機構(gòu)和傳送機構(gòu)，抓取機構(gòu)包括手指、傳力機構(gòu)等，主要是用來抓取和放置工件（或工具）的部件；傳送機構(gòu)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(gòu)進行運動分析。機械手的運動過程如下：

1）當執(zhí)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(gòu)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(zhí)行取車命令時，若取第一層自行車，機械手沿X軸方向?qū)⒌蹉^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(huán)。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 機械手結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)控制要求,旋轉(zhuǎn)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(gòu)、運動機構(gòu)、控制系統(tǒng)三大部分組成（如圖3所示）。

圖3 機械手控制構(gòu)成圖

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

控制系統(tǒng)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(tǒng)。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。控制系統(tǒng)的核心通常是由單片機或DSP等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實見所要求的功能。本文設計的控制系統(tǒng)采用的是慧魚編程軟件PROROBOTXT。

1.3 自鎖式吊鉤結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

1）鉤子的數(shù)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?shù)蹉^在第一層存取時，下面滑塊的萬向輪在軌道上移動；當?shù)蹉^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(zhuǎn)向提高了吊鉤在軌道上的運動速度。

圖4 吊鉤結(jié)構(gòu)圖

1.4 自動門結(jié)構(gòu)[8-12]

自動門是單滑門結(jié)構(gòu)；單滑門結(jié)構(gòu)只有一扇門，開合運動結(jié)構(gòu)簡單、相對于雙滑門比較好控制、節(jié)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(jīng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(jié)論

本設計具有環(huán)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(tǒng)體積不大，相比于傳統(tǒng)存取裝置更加節(jié)約空間且拓展性強；無底板的空中懸吊式停車更節(jié)省材料；軌道上運行優(yōu)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(xiàn)，一定程度上解決了已有小區(qū)自行車停車場困難的現(xiàn)象，獨特新穎的空中草坪自行車停車裝置在現(xiàn)代化城市有著極佳的市場前景和應用值。

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