朱云鹏;刘景亮;安雄;陈述平
【摘 要】为提高立体智能车库的利用率并降低制造成本,提出一种跃层升降式立体智能车库概念.这种车库是采取多层停车平台共用一套取车机构的方案,使车库利用率可达1.2以上.设计了一套集跃层、勾取车仓为一体的4级串联机构及其相应的控制系统,以满足立体智能车库自动存取车的要求.为改进新型智能车库的设计方案,通过制作车库的尺寸缩比实物模型,验证了高利用率的立体智能车库的自动泊车功能. 【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2012(000)006
【总页数】3页(P130-132)
【关键词】利用率;立体车库;利用率;串联机构;跃层
【作 者】朱云鹏;刘景亮;安雄;陈述平
【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819
【正文语种】中 文
【中图分类】TH122;TH128
1 引言
滚筒式混凝土搅拌机目前城市停车场可分为自行式停车场和机械式停车场，机械式停车场又分为全自动和半自动两种类型，最常见的是机械式立体停车库。根据机械停车设备的构造及其工作原理，机械式立体停车库主要有升降横移式、巷道堆垛式、简易升降式等类型［1-4］。由于目前城区建设用地价格昂贵，提高车库占地面积利用率具有极大的经济价值。
升降横移式车库的工作原理为:一层车位只能横移，中间车位即可横移又可升降，上层车位只能升降，该类车库通过各层车位的移动来实现车辆的存取［5-6］;简易升降式车库将停车位分成上下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出，简易升降类
机械式停车设备一般为准无人方式，通常适用于户外临时停车［7］。
通常所谓车库利用率为单位车库占地面积中可以泊车的数量，反映了车库设计在利用占地空间上的优势，因此车库利用率越大，其经济性越高。为便于统一评价车库停利用率，计算车库利用率公式如下:
式中:P为车库停车密度;N为作品车库中有效泊车位置数量;Sc为车模轮距乘以轴距对应的底盘面积;Sp为车库占地面积。
本文提出在智能车库内不设车道，采用“行列式”式的停车方式;设计了一种集存取车，跃层功能为一体的高利用率的跃层升降式立体智能车库。
2 整体结构设计及利用率对比
图1 立体智能车库整体结构图
如图1所示，为使车库满足高效率，高利用率，低成本的特性所设计的跃层式立体智能车库，包括多层停车平台，串联正交运动机构，勾取机构和跃层提升机构。停车平台为每台
车划分了固定停车区域，第二层以上停车平台下方有加强筋版支撑，保证平台的强度和稳定性;串联正交运动机构与跃层提升机构相嵌套，其上设有勾取机构;跃层提升机构一段的导轨可与各层导轨对接，以完成各层停车平台存取车的功能。笔者将着重对保证跃层功能的跃层提升机构，保证存取车功能的勾取机构以及智能停车库的自动控制部分进行介绍。
立体智能车库的主要技术指标及性能如下:①车库模型体积 V=1.2m×1.3m×1.2m;②行进动作:包括提升速度(8.5m/min)，正交方向行进速度(3.6 mm/min)等;③停车数量(按双层):包括第一层停车n=22辆，第二层停车n=19辆;④车库利用率:有效停车面积:s=1.56m2，以市面上常见汽车模型进行实验，车占地面积为:A=0.046m2，利用率为:P=An/s=1.21;⑤驱动电机数量为6个。
跃层式立体智能车库在车库面积利用率上，与其它类型智能车库相比具有很大的改善，对比利用率时限定各类车库均为长约1.3m的缩比模型，对比结果如表1。
由表1可知，跃层式车库的利用率相比其它类型车库有很大提高，且在停车数量上也有明显优势。
表1 不同种类智能车库的利用率车库类型 车占地面积A有效停车面积S停车数n利用率P升降横移式 0.046 0.52 11 0.97巷道堆垛式 0.046 1.18 12 0.47垂直升降式 0.046 0.55 12 1.00跃层新型车库 0.046 1.56 41 1.21
3 跃层提升机构设计
若按照常规设计，需在每一层停车平台架设正交运动机构，再另设提升机构以运送车辆，这样势必增加驱动的数量和制造的成本，针对以上不足，设计了跃层提升机构［8］。
如图2所示，跃层提升机构主要由齿形带，光杠，提升架和驱动电机组成，通过两个减速器同时驱动，动力通过减速器输出轴，经过链传动传递给齿形带轮，齿形带轮转动带动齿形带运动，提升架与齿形带通过连接板固定，提升架上下运动，光杠则起到导向作用，这样就实现了将正交运动机构移动至任意一层车平台进行工作的功能。
图2 跃层提升机构结构图
4 勾取机构设计
为配合设计的车仓，如图3所示，实现存取车动作，进一步设计了勾取机构。如图4所示，勾取机构由电机，齿轮，丝杠导轨副和两个可同时平行移动的弯板组成，电机转动带动齿轮啮合使上下丝杠反向转动，驱动勾爪相向运动，勾爪下端弯板伸入车仓的两侧直板下，升降电机驱动勾爪上升将车提起，通过正交移动机构，将车移至指定车位，勾爪将车仓放下，进行下一步抓取。
图3 车仓结构图
图4 勾取机构结构图
5 自动控制部分
5.1 智能车库验证机硬件设计
智能车库验证机硬件方案设计共包括五大模块:核心控制板模块、电源模块、电机驱动模块、位置传感检测模块、外设模块。图5是控制的总体结构图。
图5 系统总体框图
核心控制器单片机，选取引脚封装，增加传感器采集数量，系统更加可靠稳定。
电源模块采用7.2V 2000mAh Ni-Cd蓄电池为单片机及部分外设供电，12V2.8Ah铅酸蓄电池串联成24V为电机供电，单片机与电机采用不同供电，供电互不影响，车库运行时间更长。
电机驱动采用SP30芯片，最大电流30A，电源电压高达40V，完全可以实现车库的各种功能。
传感器采用限位开关和光电检测并用，使车放置更准确，车库效率更高。
外设部分有包括矩阵4×4键盘、12864LCD液晶屏等常见外设。主要硬件配置如表2所示。
表2 主要硬件配置硬件名称 型号及数量控制芯片 MC9S12XS128MMA电机驱动 6个限位开关 9个4×4矩阵键盘 1个液晶屏 1个电池 24V蓄电池连接线 8条
硬件部分的关键在于核心控制板的搭建，核心控制板采用MC9S12XS128单片机作为系统的核心部分，主要负责车库的总体控制，包括电机的控制、处理传感器采集的信息、电机的控制，车库手臂的控制、外设模块的控制、上位机之间的通信等。
1.08b
MC9S12XS128是一款以CPU12为内核的16位单片机，含有锁相环、输入捕捉、实时中断、AD、PWM、SCⅠ、SPⅠ、CAN、电压控制等多种功能。智能车库使用了112引脚封装的单片机，充足的引脚数量可以采集更多的信息，并且使用了单片机的输入捕捉和PWM模块进行编码器的计数和电机的控制，其他的引脚当作ⅠO引脚使用，图6为核心控制板实物图。
稀土镁合金
图6 核心控制板的实物图
5.2 智能泊车系统软件设计
图7 车库代码总体框架
车库包括自动取车、自动放车、手动指定取车、手动指定放车，手动模式几大模块，通过上位机和板键盘进行选择，图7是手动指定位置放车模块的控制流程图。
5.3 上位机设计
如图8所示，上位机可以进行模式的选择，并且能时时刻刻方反映车库的状态。左侧为控制提拉下水
界面，能选择串口，以及车库的操作模式，右部分界面显示车库车位状态，下部分显示不同的层车位状态，方便对车库进行管理。
图8 车库上位机界面
6 结论
结合机械设计、智能控制等方面的知识，介绍了一种跃层式立体智能车库，该设计“行列式”式的停车方式极大地提高了车库利用率;新颖独特的跃层机构中巧妙地使用了齿形带和提升架作为提升载体，使得车库结构紧凑、简洁，应用在高层车库中可有效降低制造成本;控制部分均采用常见的电子元件，根据该设计模型依据相似原理进行几何尺寸的放大可作为未来大型智能车库的设计提供新的思路方案，以节约车库占地面积，提高智能车库的经济价值。
参考文献:
玩B的技术［1］ 牟永田，韩耀光.垂直升降式停车库设计［J］.中国高新技术企业，2011(4):29-30.
卧式冷室压铸机［2］ 王吉忠，张 泰，刘晓斌.垂直循环机械式立体停车库钢结构骨架结构分析［J］.起重运输机械，2002(8):17-19.
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