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緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)研究

2020-09-29 02:55:34祁宇明蘇衛(wèi)華劉朝華
關(guān)鍵詞:存車(chē)輪系立體車(chē)庫(kù)

祁宇明,謝 兵,,王 剛,蘇衛(wèi)華,劉朝華

(1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)器人及智能裝備研究所,天津300222;2.天津(濱海)人工智能創(chuàng)新中心,天津300222)

在綠色、低碳、共享理念的大力宣傳下,電動(dòng)車(chē)、自行車(chē)已成為市民出行必不可少的交通工具。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),兩輪電動(dòng)車(chē)的社會(huì)保有量已達(dá)2.9億輛[1],共享單車(chē)的投放量達(dá)2 300萬(wàn)輛[2]。自行車(chē)作為一種低碳環(huán)保的交通工具備受大眾青睞,可用作公交車(chē)站、地鐵站間的接駁工具,從而減少交通擁堵和環(huán)境污染現(xiàn)象的發(fā)生[3-4]。然而,杜絕自行車(chē)被盜丟失、防止自行車(chē)亂停亂放等問(wèn)題亟待解決。

對(duì)于汽車(chē)的存放,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已設(shè)計(jì)了多種停車(chē)庫(kù)[5-8],主要分為升降、橫移、堆垛及循環(huán)等9種方式,但汽車(chē)停放姿態(tài)固定,其停車(chē)庫(kù)不適用于自行車(chē)。自行車(chē)數(shù)量龐大且可自由停放,如何擴(kuò)大自行車(chē)存放空間和提高車(chē)庫(kù)空間的利用率十分關(guān)鍵。上海電機(jī)學(xué)院的劉俊等[9]基于 PLC(programmable logic controller,可編程邏輯控制器)設(shè)計(jì)了一種多層循環(huán)式自行車(chē)庫(kù),其占地面積小,充分利用了立體空間,但該車(chē)庫(kù)仍處于理論研究階段,暫未投產(chǎn)使用;天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)和天津遠(yuǎn)卓科技發(fā)展有限公司共同研發(fā)了國(guó)內(nèi)第1個(gè)自行車(chē)智能存取系統(tǒng)[10-12],該系統(tǒng)一次可存放240輛自行車(chē),但其占地面積相對(duì)較大且需改變地形地貌;Springer等[13]介紹了日本工程公司研發(fā)的Eco-Cycle自行車(chē)存放系統(tǒng),其深度約為11 m,直徑約為9 m,可容納200輛自行車(chē),但該系統(tǒng)造價(jià)昂貴。

為解決現(xiàn)有自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)存在的問(wèn)題,筆者設(shè)計(jì)了一種緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù),改變了自行車(chē)傳統(tǒng)固定姿態(tài)停放的方式。首先,對(duì)緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行介紹,并利用D-H法計(jì)算推拉夾持機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間范圍;然后,對(duì)緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì);接著,從硬件及軟件兩方面對(duì)緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì);最后,通過(guò)搭建樣機(jī)對(duì)緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)主要分為出入庫(kù)子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)和人機(jī)交互子系統(tǒng)三個(gè)部分。為滿(mǎn)足緊湊型的設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)全方位存車(chē),同時(shí)增加自行車(chē)存放數(shù)量,采用六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)出入庫(kù)子系統(tǒng),使其在規(guī)定的工作空間內(nèi)完成自行車(chē)的存取;為保證良好、穩(wěn)定、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng),控制子系統(tǒng)采用西門(mén)子PLC對(duì)出入庫(kù)子系統(tǒng)進(jìn)行邏輯控制;人機(jī)交互子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)自行車(chē)存取的自助操作。

緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,其主要由夾持推拉機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)(包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu))、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和載車(chē)架組成,其中載車(chē)架采用拼接組合模式。

圖1 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of compact bicycle stereo garage

為保證自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的緊湊性,需充分利用空間及合理布置載車(chē)架,因此應(yīng)對(duì)推拉夾持機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間范圍進(jìn)行分析計(jì)算。本文基于D-H法,通過(guò)位姿變換來(lái)求解夾持推拉機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解,以得到其可達(dá)工作空間范圍與初始位姿參數(shù)的關(guān)系。為準(zhǔn)確描述緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)各連桿的運(yùn)動(dòng)情況,需要建立多個(gè)坐標(biāo)系。如圖2所示,在底座中心o1(即聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心)處建立固定坐標(biāo)系o1-x1y1z1,即基坐標(biāo)系o0-x0y0z0,其中,z1軸垂直于固定底座向上,y1軸沿導(dǎo)軌方向;在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)質(zhì)心o2處建立坐標(biāo)系o2-x2y2z2,旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞z2軸旋轉(zhuǎn)θ后,坐標(biāo)系o2-x2y2z2變?yōu)閛2-x′2y′2z′2;在升降機(jī)構(gòu)質(zhì)心o3處建立坐標(biāo)系o3-x3y3z3;在夾持推拉機(jī)構(gòu)質(zhì)心o4處建立坐標(biāo)系o4-x4y4z4。

由圖3可知,緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)各坐標(biāo)系間的變換矩陣如下:

圖2 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的D-H坐標(biāo)系Fig.2 D-H coordinate system of compact bicycle stereo garage

式中:cθ表示cosθ,sθ表示sinθ;Δx、Δy表示機(jī)構(gòu)相對(duì)原點(diǎn)的x、y方向的移動(dòng)量;θ表示旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度;a表示聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)質(zhì)心之間的距離,為常數(shù);b表示升降機(jī)構(gòu)質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)質(zhì)心之間的距離,為變量;c表示夾持推拉機(jī)構(gòu)質(zhì)心與升降機(jī)構(gòu)質(zhì)心之間的距離,為變量。

則夾持推拉機(jī)構(gòu)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)解為:

根據(jù)式(1)可知,夾持推拉機(jī)構(gòu)的位姿取決于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度θ,機(jī)構(gòu)移動(dòng)量Δx、Δy以及機(jī)構(gòu)間的距離b、c。由此可得推拉夾持機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間范圍:x方向?yàn)棣cθ-Δysθ,y方向?yàn)棣sθ+Δycθ+c,z方向?yàn)閍+b。

1.2 工作原理

緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的工作流程如圖3所示,主要分為存車(chē)與取車(chē)兩部分。

圖3 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的工作流程Fig.3 Work flow of compact bicycle stereo garage

1)自行車(chē)存放。首先,通過(guò)磁卡來(lái)確認(rèn)用戶(hù)的身份信息,待用戶(hù)將自行車(chē)推至指定位置后,控制子系統(tǒng)發(fā)出指令,出入庫(kù)子系統(tǒng)中的機(jī)械手張開(kāi)并夾持自行車(chē),并由夾持推拉機(jī)構(gòu)將自行車(chē)送至車(chē)庫(kù)內(nèi)部;然后,根據(jù)自行車(chē)就近入庫(kù)原則,通過(guò)夾持推拉機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)以及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相互配合和快速聯(lián)動(dòng),將自行車(chē)移動(dòng)至最近的載車(chē)架前;最后,將自行車(chē)推送至載車(chē)架中,并在完成自行車(chē)存放的同時(shí)系統(tǒng)回零(初始狀態(tài))。

2)自行車(chē)提取。通過(guò)磁卡來(lái)確認(rèn)用戶(hù)的身份信息,控制子系統(tǒng)發(fā)出指令,夾持推拉機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)及聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)快速聯(lián)動(dòng),從載車(chē)架中取出自行車(chē)并推至門(mén)口,并在完成取車(chē)過(guò)程的同時(shí)系統(tǒng)回零(初始狀態(tài))。

2 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 夾持推拉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 夾持推拉機(jī)構(gòu)的工作原理

考慮到傳統(tǒng)夾持推拉機(jī)構(gòu)易引起車(chē)輪變形且效率較低,采用單向平轉(zhuǎn)夾持機(jī)械手機(jī)構(gòu)作為緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的夾持推拉機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖3所示。夾持推拉機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程為:伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)齒輪齒條、光軸與直線軸承配合完成直線運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)機(jī)械手開(kāi)合。

圖4 夾持推拉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of clamping push-pull mechanism

2.1.2 夾持推拉機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部位分析

夾持推拉機(jī)構(gòu)中機(jī)械手所受的最大載荷為自行車(chē)的重力。設(shè)自行車(chē)的質(zhì)量為25 kg,自行車(chē)車(chē)輪與機(jī)械手之間的摩擦系數(shù)為0.6,則機(jī)械手所承受的載荷為147 N。夾持推拉機(jī)構(gòu)的受力情況如圖5所示。其中:F1表示自行車(chē)對(duì)機(jī)械手的壓力,F(xiàn)2表示自行車(chē)對(duì)地面的壓力,F(xiàn)3表示自行車(chē)對(duì)載車(chē)架的壓力;F11表示地面對(duì)自行車(chē)的支持力,F(xiàn)22表示載車(chē)架對(duì)自行車(chē)的支持力;f1表示地面對(duì)自行車(chē)的摩擦力,f2表示載車(chē)架對(duì)自行車(chē)的摩擦力,f3表示機(jī)械手對(duì)自行車(chē)前輪的摩擦力。

圖5 夾持推拉機(jī)構(gòu)受力分析示意圖Fig.5 Force analysis diagram of clamping push-pull mechanism

為驗(yàn)證夾持推拉機(jī)構(gòu)中機(jī)械手的強(qiáng)度是否滿(mǎn)足工作要求,利用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析[14],結(jié)果如圖6所示。

圖6 夾持推拉機(jī)構(gòu)中機(jī)械手的靜力學(xué)分析結(jié)果Fig.6 Static analysis results of manipulator in the clamping push-pull mechanism

由圖6可知,機(jī)械手的最大應(yīng)力為72.832 MPa,低于45#鋼的許用應(yīng)力253 MPa;機(jī)械手的最大變形量為0.101 83 mm,滿(mǎn)足實(shí)際工況的要求。

2.2 旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)主要承受的負(fù)載為自行車(chē)重力。為使旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)具有較高的輸出扭矩和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性,采用行星輪系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng),利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星輪系、同步輪運(yùn)動(dòng),以帶動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)及其旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Structure diagram of rotary lifting mechanism

設(shè)行星輪系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入功率為P1;行星輪系中大小齒輪的齒數(shù)比為u;根據(jù)工作條件,大小齒輪均采用20CrMnTi鋼滲碳淬火工藝,其硬度為56~62 HRC。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知[15],20CrMnTi鋼滲碳淬火齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力σFlim=450MPa,接觸疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力σHlim=1500MPa,則齒輪的許用彎曲應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力KF、齒輪的轉(zhuǎn)矩T1、大小齒輪重合度ε、大小齒輪重合度系數(shù)Yε、齒輪模數(shù)S和齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N分別為:

式中:YN表示齒輪的壽命系數(shù);YX表示齒輪的尺寸系數(shù);SF表示齒根彎曲疲勞安全系數(shù);KA表示齒輪的使用系數(shù);KV表示齒輪的動(dòng)載系數(shù);Kβ表示齒向載荷分布系數(shù);KFα表示齒間載荷分配系數(shù);ψd表示齒寬系數(shù);YFa表示齒形系數(shù);YSa表示應(yīng)力修正系數(shù);γ表示齒輪每轉(zhuǎn)一周同一齒面的嚙合次數(shù);n表示小齒輪轉(zhuǎn)速;th表示齒輪的設(shè)計(jì)壽命;z1表示小齒輪的齒數(shù)。

在緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)樣機(jī)中,輸入功率P1=3.2kW,行星輪系中大小齒輪的齒數(shù)比u=2,小齒輪齒數(shù)z1=20,齒寬系數(shù)ψd=0.8,小齒輪的轉(zhuǎn)速n=350 r/min,齒形系數(shù)YFa=2.053,應(yīng)力修正系數(shù)YSa=2.65,齒輪的壽命系數(shù)YN=1.2,齒輪的尺寸系數(shù)YX=1,齒根彎曲疲勞安全系數(shù)SF=2×2=4,則可得:

取行星輪系中齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)S=3。

為保證行星輪系轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定,避免不必要的沖擊,需對(duì)齒面靜強(qiáng)度進(jìn)行校核。齒輪的許用接觸應(yīng)力、最大許用接觸應(yīng)力及齒面最大接觸應(yīng)力分別為:

式中:SH表示齒面接觸疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù),SH=1;S'H表示靜強(qiáng)度安全系數(shù),S'H=1.3;ZN表示接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù),ZN=1.03;Z'N表示靜強(qiáng)度壽命系數(shù),Z'N=1.6;T1max表示由外在因素引起的齒輪轉(zhuǎn)矩過(guò)載量,T1max=2T1。

聯(lián)立式(8)、式(9)和式(10),可得:

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,行星輪系中齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面靜強(qiáng)度均滿(mǎn)足工作要求。

2.3 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要分為兩部分:頂部同步伴隨機(jī)構(gòu)和底部協(xié)同運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),其整體結(jié)構(gòu)如圖8(a)所示;其中底部協(xié)同運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)同步帶來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)和夾持推拉機(jī)構(gòu)在水平方向的快速運(yùn)動(dòng),其結(jié)構(gòu)如圖8(b)所示。為保證旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定、可靠,在旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)頂部安裝1套“十”字伴隨裝置,以與底部協(xié)同運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定聯(lián)動(dòng)。

圖8 聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Structure diagram of linkage mechanism

假設(shè)在底部協(xié)同運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中,所有軸承受的總重力G=200N,則每根軸所承受的力;45#鋼的許用彎曲應(yīng)力σ*=300MPa。假設(shè)第1組軸中長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度l1=900 mm,其固定端處的分力FA=。根據(jù)截面法分析可得,該軸的彎矩分布情況如圖9所示。由圖可知,當(dāng)軸上滑塊位于長(zhǎng)軸正中間時(shí),該軸所受的彎矩最大,最大彎矩。

圖9 第1組軸中長(zhǎng)軸的彎矩分布Fig.9 Bending moment distribution of long axis in the first group of axes

基于強(qiáng)度要求,軸的最大正應(yīng)力應(yīng)小于材料的許用彎曲應(yīng)力[15],即:

由此可得第1組軸中長(zhǎng)軸的直徑為:

假設(shè)第2組軸中長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度l2=1 100 mm,其固定端所受的扭矩T=0.4N?m,該軸的自重忽略不計(jì)。此組軸承受的載荷為徑向重力和端部周向轉(zhuǎn)矩,因此其失效形式為強(qiáng)度過(guò)大導(dǎo)致的彎曲。根據(jù)截面法分析可得,該軸的彎矩分布情況如圖10(a)所示,扭矩分布情況如圖10(b)所示。當(dāng)軸上滑塊位于該軸正中間時(shí),該軸所受的彎矩最大,最大彎矩。

圖10 第2組軸中長(zhǎng)軸的彎矩和扭矩分布Fig.10 Bending moment and torque distribution of long axis in the second group of axes

根據(jù)第四強(qiáng)度理論計(jì)算該軸的最大正應(yīng)力:

由此可得第2組軸中長(zhǎng)軸的直徑為:

通過(guò)理論計(jì)算和經(jīng)濟(jì)性預(yù)估可知,長(zhǎng)軸的直徑均取12 mm。通過(guò)合理設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu),可保證整個(gè)緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性。

3 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖11所示,主要包括檢測(cè)傳感器、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)、夾持推拉機(jī)構(gòu)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)電機(jī)、PLC模塊、上位機(jī)等組件以及人機(jī)交互界面、語(yǔ)音通信設(shè)備、IC(inte-grated circuit,集成電路)卡讀卡器等輔助設(shè)備[16]。

圖11 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)Fig.11 Hardware structure of compact bicycle stereo garage control system

3.2 軟件設(shè)計(jì)

采用STEP-7軟件對(duì)緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行編程設(shè)計(jì),其主程序主要包括存車(chē)部分與取車(chē)部分,具體流程如圖12所示。存車(chē)時(shí),當(dāng)用戶(hù)刷卡下達(dá)存車(chē)指令后,自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)判斷車(chē)庫(kù)中最近的空閑位置并將該位置的相關(guān)信息寫(xiě)入PLC模塊[17-19],同時(shí)夾持推拉機(jī)構(gòu)到達(dá)門(mén)口;然后車(chē)庫(kù)門(mén)打開(kāi),機(jī)械手抓取自行車(chē)并將其拉入車(chē)庫(kù);接著,提示音響起,車(chē)庫(kù)門(mén)關(guān)閉,夾持推拉機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合聯(lián)動(dòng)將自行車(chē)送至載車(chē)架處;最后,各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)回原點(diǎn),顯示屏中自行車(chē)剩余位置數(shù)量減1。取車(chē)時(shí),當(dāng)用戶(hù)刷卡下達(dá)取車(chē)指令后,自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的控制系統(tǒng)先判斷用戶(hù)身份信息,若與系統(tǒng)中已存信息不一致,則返回系統(tǒng)主頁(yè)面并等待;若與系統(tǒng)中已存信息一致,則夾持推拉機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合聯(lián)動(dòng),將自行車(chē)從載車(chē)架上取出并推送至車(chē)庫(kù)門(mén)口,車(chē)庫(kù)門(mén)打開(kāi)。然后,夾持推拉機(jī)構(gòu)將自行車(chē)推出車(chē)庫(kù)并松開(kāi)。最后,各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)回原點(diǎn),提示音響起,車(chē)庫(kù)門(mén)關(guān)閉,顯示屏中自行車(chē)剩余位置數(shù)量加1。

4 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)調(diào)試試驗(yàn)

緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)樣機(jī)如圖13所示,其尺寸為1 100 mm×600 mm×1 060 mm,共有30個(gè)載車(chē)架,在存、取車(chē)處安裝人機(jī)交互界面和IC卡讀卡器。

圖12 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)主程序流程Fig.12 Main program flow of compact bicycle stereo garage control system

圖13 緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)樣機(jī)Fig.13 Prototype of compact bicycle stereo garage

將編寫(xiě)好的程序分別下載至PLC模塊和人機(jī)交互界面中,待各設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)后進(jìn)行自行車(chē)存取調(diào)試。試驗(yàn)結(jié)果表明,存車(chē)時(shí),可精確快速地將自行車(chē)存入載車(chē)架中,存車(chē)時(shí)間約為6 s;取車(chē)時(shí),可準(zhǔn)確地驗(yàn)證用戶(hù)身份信息,且能快速地將自行車(chē)從對(duì)應(yīng)的載車(chē)架中取出,取車(chē)時(shí)間約為5.5 s。結(jié)果表明,該緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)可以很好地實(shí)現(xiàn)自行車(chē)存取,且具有自動(dòng)化程度高、性能穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié) 論

自行車(chē)立體車(chē)庫(kù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)較為復(fù)雜,本文基于PLC、伺服電機(jī)和人機(jī)交互技術(shù)設(shè)計(jì)了緊湊型自行車(chē)立體車(chē)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了自行車(chē)的高效存取。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為:1)在旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)中,采用行星輪系提供較大的旋轉(zhuǎn)扭矩,可保證車(chē)庫(kù)安全、可靠地運(yùn)行;2)載車(chē)架采用拼接組合模式,減小了自行車(chē)的存放面積,增加了存車(chē)數(shù)量,使車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)緊湊;3)車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平較高。

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