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。