王义函

一、设计背景

随着我国城镇居民生活水平的不断提高，家用汽车拥有量也日益增多，这一点在上海表现的尤为突出。根据北京统计年鉴数据显示，2015年北京车辆拥有量达到500万辆，2016年上升为571.8 万辆。但家用汽车在提高有车家庭生活质量的同时，也带来一系列问题，例如环保问题、交通秩序问题、停车问题等。其中业主与业主之间、业主与物业服务企业之间因为住宅小区停车问题而产生的矛盾与纠纷也日益增多。这些矛盾与纠纷必须依靠一定的制度加以消除或緩解。

由于停车位库的不足，使得无论是老住宅区还是新建小区，因停车难、停车乱而引发的各类社会问题都非常突出，具体表现为：

1.挤占居民活动场地。

在一些居民住宅区的楼旁、路边，甚至在绿化带或居民家的出入口都有车辆停放，严重影响居民的出行和生活。为了抢占停车位发生争吵而影响邻里关系的现象也时有发生。

2.居民行路安全受到威胁。

狭窄的小区通道停满汽车，影响通行。一些小区内车辆随意进出、无序停放，车行与人行通道混行交叉，特别是在小区医院、学校、幼儿园前的路段，老人、儿童无所适从，难以保证行人交通安全。

3.安全急救方面存在隐患。

由于车辆停放不当堵塞了消防、救护通道，发生紧急情况后消防和救护车辆无法及时到位，后果不堪设想。

4.影响工作效能。

一些上班族为抢停车位，工作不安心，提前、早退下班，影响工作。

二、创新构思

为了解决停车难、停车乱等问题，本团队提出立体循环联合式车库的设计方案，此设计方案由三个模块组成，各部分的主要功能如下：

（1）垂直循环车库模块

电机带动链条，其上直接连接有底座，底座上安装向上移动便可取下的存车板，链条可带动存车板从地面带到最高处，并且可转一周。首先用于小程度的存车，可以存3-4辆；存车较多时（4辆以上），还用于提高车的位置，方便转移到平台进行存放。

（2）转移装置

用于将垂直循环车库的车转移到平台上，在程序的操控下可以进行叉爪的伸缩，来抓取存放车辆的存车板；抓取后可以升降来提升或降低车的位置；可以水平旋转来实现车的转移。

（3）平台车库

链条带动有存车板的底座，进行轮周转动，存取车时，程序带动链条，使停车板转到叉爪的位置，接受或转移车辆。

根据以上设计思路，本立体循环联合式由垂直循环车库模块、车辆转移模块、水平车库模块等三部分组成。

三、创新设计的运动原理及运动分析

1.垂直循环车库模块

该模块实现停车和抬车功能。由支撑架、电机、四齿拨片、链条、脉冲计数器和存车板组成。存车板在链条的带动下可以做轮周运动。电机轴伸长连接四齿拨片，电机转一圈，带动四齿拨片，拨动脉冲计数器四次，由程序记录脉冲次数。

当需要存车时，车主按下有空位的存车按钮，程序记下存车号。若是号码位于循环立体存车模块上，程序控制电机带动链条转动，将此号码的存车板转至地面，方便车主停车到板，同时程序记录脉冲计数器的脉冲次数。之后，反方向，相同的脉冲次数下，程序带动电机，转过相同的圈数，链条转动，存车板带着车转至原来位置，进行存车。

2.车辆转移模块

该模块实现将车辆在垂直循环车库和平台循环车库之间的转移。由电机、四齿拨片、伸缩脉冲计数器、制止脉冲计数器、叉爪盘、叉爪、旋转电机和转盘组成。

当车主选取的停车位置在平台上时，循环立体装置将车提升至合适高度。

一开始收缩的叉爪由电机带动，往前伸到底座和存车板之间。叉爪伸长时，第一次碰到伸缩脉冲计数器，程序识别，继续伸长，到合适长度后，会再次碰到伸缩脉冲计数器，此时程序再次识别，停止电机转动，停止伸长。同时，另一叉爪伸到平台车库上的底座与存车板之间。

程序控制电机提升叉爪，使存车板抬起离开底座束缚。电机带动叉爪盘升高时，到合适高度，会碰到制止脉冲计数器，程序识别，电机停止转动，不再上升。同理，当下降时，到合适高度，也会碰到制止脉冲计数器，停止下降。

当升高到合适高度制止后，程序控制电机收缩叉爪盘上的两个叉爪。收缩时，会第一次碰到伸缩脉冲计数器，程序识别，继续收缩，当收缩到合适长度，会第二次碰到伸缩脉冲计数器，程序识别，停止电机运行，停止收缩。

之后，转移模块水平逆时针旋转180度。底层旋转电机的轴外伸，连接一个四齿拨片，电机每转一圈拨动4次脉冲计数器。测定N次脉冲后转移模块的转盘转过180度。当转移模块开始旋转时，程序开始记录脉冲计数器的脉冲次数，当到达N次，停止电机转动，转盘不再旋转，叉爪盘转过180度，叉手转过180度。

程序控制电机使叉爪外伸到平台上的底座的正上方。同上面的叉爪伸缩，到平台上的存车板的底座正上方，程序识别到第二次脉冲计数器的脉冲会停止伸缩。

叉爪伸到平台上的存车板的底座正上方后，缓缓下降叉爪上的有车辆的存车板，将存车板放到底座上。缓缓收缩叉爪到原来位置。这样完成了车辆的存放。由于叉爪同时伸缩和抬起，另一叉爪上有一个空的存车板，只需要参照上述步骤，顺时针回转180度，将存车板放到垂直循环车库即可。

四、与相近产品的异同与创新

本作品利用自动化的机械装置代替传统车主停车自己到位的停车方式。专项适合小区停车，且停车位置多，且占地面积较小。解决了小区业主车辆多，停车位占地面积大，价格昂贵且数量不能满足需要的问题。

1.循环立体结构。进行少辆车的停放，还可以用于提高车的位置，进行车辆转移。由脉冲计数器的脉冲次数，精准控制转过的角度，实现车辆的精准定位。链条上的底座会安稳的停放存车板，存车板只需要上抬便可取出。由脉冲计数器记录脉冲次数，每次脉冲电机转过四分之一圈，较精准控制底座与存车板的转动位置。

2.转移结构。由于零件的链接不够牢固，只能放在地面，实际可放在平台车库，更加节约占地面积。车库链条上的底座会安稳的停放存车板，存车板只需要上抬便可取出。存车板上存车，实现存车板的互换，便可实现循环立体装置与平台车库的车辆互相转移。叉爪上升便可抬起存车板，离开底座。叉爪的上升会碰到制止脉冲开关，精准控制上升距离。叉爪的伸缩由脉计数开关精准的控制伸缩的距离，实现车辆的存取。

3.平台车库。底层不占用地面空间，可以是行车道，节约了占地面积。也由脉冲计数器控制转动的距离，精准定位。

五、可行性分析

随着社会飞速发展，城市、社区空间逐渐拥挤，近年来越来越多的小汽车进入城市普通家庭，如何解决汽车停放问题已经成为一个不容忽视的问题。“汽车易买，车位难求”“，有车方知停车难”，这是许多有车族发出的由衷感慨。小区停车难成了一个不可忽视的社会问题。

针对此问题本团队设计了一种立体垂直联立式车库机械装置模型，该模型依托慧鱼组件，利用传感器技术、自控技术、机械传动等技术构建出立体车库模型。本作品设备成本少，整个立体车库充分利用立体空间，用很小的占地面积，实现多辆车的停放，可适用于小区。使用便捷性高，社会需求量大，未来有较好的发展前景。本作品克服了小区停车过程中存在的安全隐患、占地面积大、停车困难等缺点，为停车提供了一种更方便、安全的自动化实现装置模型。

【参考文献】

[1]慧鱼创新模型制作实验指导书[M]. Fischertechnik出版.

[2]慧鱼机械创新设计实验指导书[M]

[3]朱世强，王宣银.机器人技术及应用[M].浙江大学出版社，2001：1-2.

[4]杨锋.JJR1 型机器人运动学分析及其控制系统的研究[D].兰州：兰州理工大学机电工程学院.2006：6-8.

[5]熊有伦.机器人技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，1996：6-7.