1、桁架式立体车库的设计与实践教学研究摘 要：为了解决城市停车难的问题，设计了一种桁架式立体车库，并对该车库做了实践教学分析。该立体车库为三轴桁架式机械手结构，采用地埋方式的多层立体停车库，可以提高现有土地资源的利用率，更好发挥高层空间优势。该车库重点设计了桁架式移动装置作为停取车的执行机构，借助 X 轴、Z 轴的移动和绕 Y 轴的转动实现车辆的车库内移动，该结构运动稳定、操作简单、空间利用率高，同时为机器人专业教学提供实践支持。关键词：桁架式；立体车库；结构设计；应用分析StructuralDesign and Application Analysis of Trussed Threedimen
2、sionalGarageChen Xin Peng ZhaoWuhan Business University HubeiWuhan 430056Abstract：In order to solve the problem of city parking，a trussedthreedimensional garage，and the practice teaching analysis of the garage.The threedimensional garage is a threeaxis truss manipulator structure.Themain structure o
3、f the stereo garage adopts the multilayer stereo parkinggarage，which can improve the utilization rate of the existing land resourcesand give full play to the advantage of the upper space.The trussed movingdevice is designed as the actuating mechanism of the parking car.Thestructure is stable in moti
4、on，simple in operation，high in spaceutilization，and has certain economic and management benefits，at the sametime，provide practical support for robot teaching.Key words：Truss；ThreeDimensional garage；Structural design；AppliedAnalysis一、绪论中国汽车工业协会对全年汽车产销数据进行了发布，数据显示，2017 年汽车销量已超2940 万辆。随着人们生活水平的不断提高，汽车在
5、我国已经得到了很大的普及，然而也带来了城市停车难等问题，特别是在老旧城区或商业密集区域，更是一位难求，考虑到土地占用成本，新建城市的停车位车本价格高昂，因此在中心城区实行停车位的改造迫在眉睫。本文设计了一种一拖八桁架式立体车库，采用主要执行机构地埋式布置的方案，科学有效的解决了城市土地占有问题，是一种新型的智能立体停车装置。本设计具有以下先进性：第一，节约了城市土地资源。车库是地埋式、立体化、多层建造，原有的土地占用能够实现停取三到四倍数量的车辆，有效解决城市道路停车造成的交通拥挤。第二，操作远程化、智能化。该立体停车库设计的基于互联网的远程控制系统能够实现车辆的自动停取，车辆只需停靠在预定泊
6、车位上，由机械桁架实现自动泊车。第三，停车安全性较高。立体车库实现全自动停车模式，驾驶员不需进入车库内部，各个桁架装有光电传感器，有效防止车库内汽车发生干涉碰撞。二、总体设计（一）机械结构本设计是地埋式一拖八桁架式立体车库，是一种地上两层存车位的三轴式立体车库，该类型的立体车库技术含量较高，集多种技术于一体，结构部分主要有：主框架结构、升降机构、横移机构、旋转结构、载车托盘、电气装置、安全辅助机构等，如图 1 所示。三轴式立体车库以钢结构框架为主体，采用电机驱动导轨带动载车板做升降横移旋转运动，实现车辆的存取。其工作原理为：每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升降横移旋转机构的运动到达
7、地面层，完成存放过程，取车过程为停车的逆过程。停泊在车库内地面层的车辆只作横移和旋转，不必升降；而停泊在顶层的车辆则通过平移升降和旋转来实现存取车。通过对 z 轴下方的分度盘旋转带动 z 轴桁架转动从而实现存取车的可控性和准确性。本设计是通过载车板配合三轴来实现存取车的，载车板的稳定性可以有效的保护车的地盘和让车在移动的过程中保持比较稳定的状态。在 x 轴和 z 轴上设计两个位移传感器让载车板在移动的过程中不会因出位尔导致汽车和装置碰撞损坏的情况。（二）控制系统设计一拖八桁架式式立体车库整个控制系统分为 PLC 控制系统、通讯系统、人机界面、信号检测、数据库等。该车库的控制系统核心是 PLC，
8、当用户进行操做時，PLC 接受用户指令，发布操作流程，判断检测元件的状态，读取执行元件的信息，然后通过软件控制合理的时序安排，反馈信息，指挥执行元件的动作。由于该一拖八桁架式式立体车库控制系统控制量只有数字开关量，并且车库要求高度的运行可靠性和快速性，因而选用西门子S71200 系列可编程序控制器作为控制系统的主控机，西门子 S71200 系列 PLC 具有高速度、小型化、高级功能逻辑选件及定位控制等优点，在基本单元上扩展可进行 16256 点的灵活输入输出组合。（三）控制界面设计开机后系统进入初始界面（如图 3）根据顾客的需要，此时可选择自动或手动停、取车。当选择自动停取车的时候，顾客需要点
9、击界面中的状态按钮，系统将进入到车位的进出库状态栏，此时可以看到车位停车的详细情况（打钩为有车，打叉为无车），车主可以选择相应的车位进行停、取车。软件设计有手动操作，可以让一些顾客在担心自动会出错的时候自己来操作从而达到存取车目的，点击界面中的控制按钮，系统将进入到车位的控制界面，每个车位的位置都有预定的 x 轴、y 轴和 z 轴坐标，机械桁架的位置也会显示在屏幕界面上，所以驾驶员可以在这个界面手动操作车子的存取，这样的高精度操作也会让车主更加的放心存放自己的车辆。然后同样的车主也需要在存取车之前先点进状态界面查看是否在自己想停的车位上面有没有车，再行决定将自己的车停在哪里。三、操作流程设计本
10、设计车库为二层 8 车库，每个车库都有对应的编号，操作的流程如下：操作系统中自动系统包括两个方面，一个是自动取车系统，一个是手动取车系统，而自动取车系统又分为自动停车和自动取车，但两个不同的操作都只需找到对应的车位，然后点击进库或者出库，系统会自动對应编号所在区域的车位进行停车，取车。停车时，打开系统，显示车库的空余车位所对应的编号是库 1 上层，选择自动模式，选择状态，点击库 1 上层的进库，此时车库的机械桁架会托起小车，水平移动到库 1 上层对应的车位并旋转 90 度，将小车稳定放入对应的车位，随后桁架回到初始位置；取车时，我的车所在的车位是库 3 下层，打开系统，点击库 3 下层的出库，
11、此时系统会显示停车的时长以及停车的费用，点击确认后，桁架移动到车位并旋转 90 度托起小车，再次旋转平移，将小车拖回路面落车，小车停稳后，桁架返回初始位置。每个车位都有其对应的编号在系统上，并包含了进库出库两个指令。本产品的停车取车会有记录显示，在停车时若是此车位已有小车，再次点击此车库的进库，此指令不会实施，报警模式将会启动，提醒驾驶员操作错误，保证停车安全。四、实践教学研究本设计车库为三轴桁架机械手，设计的同时也为机器人专业教学和研究起到一定的实践指导作用。机器人工程教学研究具有较强的创新性，很多高校对机器人工程课程提出了一个比较完整的课程体系，但缺乏有效的实践项目作为教学支撑，由于机器人
12、工程本科专业的新兴性，实践课程体系尚未完整，本项目的设计与研发可以有效的运用机械原理，自动控制，电工技术、可编程逻辑控制器、传感器等课程的理论内容，充分的锻炼了学生的动手实践能力，对于机器人工程专业的教师和学生具有较好的教学作用，有效地解决了高校教学中生产、实践、研究不能很好切合的问题。五、总结本文主要研究内容是根据我国停车设备实际发展情况分析设计了基桁架式立体车库的基本结构及其控制流程，对立体车库的执行机够进行了原理介绍，使得本设计基本满足所需控制功能和使用要求，桁架式立体车库与传统的一拖二或一拖四结构相比具有成本更低、节约土地、实用性更强的优点。在传统的机械操作的基础下我们用 HMI 操作
13、来代替机械按键操作。将一些需要技术的操作转换成大众化的简单操作的模式，可以使车主自助停取车，实现无人管理。该设计运动执行机构可以预埋地下，通过设置拖动盖板使得桁架水平移动后盖板铺满地面，保护地面车辆与行人安全。其次，本设计重点对机器人专业的通用教材与实践内容进行分析用机器人工程产品的设计带动教学，也进行了经验总结，对相关问题作了详细的阐述，为同专业教师提供一定的参考。参考文献：1JP3计时鸣，黄希欢.工业机器人技术的发展与应用综述J.机电工程，2015，32.2李波，李国栋，薛兴国.PLC 在立体车库中的应用J.机电工程，2008.25（11）：7173.3马红麒.基于 PLC 控制的多层立体车库的研究与设计J.制造业自动化，2009（3）：9798.4杨继志，郭敬.自动化立体车库的关键技术J.起重运输机械，2007（1）：4243.基金项目：武汉商学院校级教研课题：应用型高校多平台协同教学的实践与研究 以机器人产学研中心为例（课题号 2017Q003）作者简介：陈鑫（1988），男，湖北武汉人，硕士，工程师，主要研究方向：工业机器人系统仿真，机器人伺服控制；彭钊（1998），男，湖北天门人，本科，武汉商学院机器人专业学生，主要研究方向：工业机器人控制系统。