基于汽車自驅動的機械式AGV＊

曾智博，劉怡

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基于汽車自驅動的機械式AGV＊

曾智博，劉怡

（武漢理工大學 機電工程學院，湖北 武漢 430070）

為解決城市小區停車難問題，提出一種小型輔助停車裝置，從解決城市小區停車位規劃不合理、居民隨意停車以及降低停車難度等社會痛點問題出發，達到輔助規劃車位，規范停車，降低停車難度等效果。主要通過電機提供運動動力，通過車主控制方向盤從而帶動滾筒實現二進制控制，即控制整體運動的切換，以及控制裝置前-后、左-右的切換。通過車輪按壓彈簧開關，從前控制電機驅動齒輪離合裝置完成左右運動到前后運動的雙向切換。當小區物業人員進行車位調整與規范時，以上控制均能通過遙控實現。通過剪叉支撐機構和分離式自鎖滑軌完成對汽車的頂升和停車裝置駛離。裝置采用電控輔助機械的理念，制作成本低、維護簡單，能有效解決城市小區停車難的問題。

輔助停車；AGV；齒輪離合；剪叉機構

1 引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，人們的購買力逐漸增強，對汽車的需求量也隨之增加。由于我國停車位總數無法匹配汽車基數，且車位規劃不合理，停車難逐漸成為人們普遍關注的社會問題。根據我國汽車行業國家標準相關規定，平行式停車位在給車輛留出足夠的進出空間前提下，前后各空出0.6 m，停車位長6 m，寬2.5 m，而現有城市小區平行式停車位規劃隨意，并未按照國家相關車位法規執行，普遍出現前后間距超過1 m，總長嚴重超出標準值等現象，空間利用效率較低。

針對現有城市小區中的停車難問題，設計了一種基于汽車自驅動的機械式AGV，在規范停車的同時，提高小區平行式車位橫向以及縱向的空間利用效率。以小區常見的單向三車道為例，使用該裝置后，小區橫向空間利用效率提高18.96%，縱向空間利用效率提高31.55%.同時使用本裝置可以輔助司機完成側方位泊車，根據相關數據統計顯示，側方位平行泊車平均時間超過2 min，使用本裝置后存取車過程所需時間縮短為30 s。

2 方案設計

基于汽車自驅動的機械式AGV主要由機械結構部分和控制系統兩部分組成。機械結構部分主要完成機械式AGV裝置動力攝取、動力傳輸及減速、汽車前后限位保護、運動執行以及運動轉向反應。

控制部分主要完成運動轉向信息的傳遞，定向運動的控制、泊車裝置與汽車分離的控制。基于汽車自驅動的機械式AGV裝置整體模型如圖1所示。

圖1 整體裝置模型圖

3 機械部分

基于汽車自驅動的機械式AGV的機械結構部分主要包括動力拾取模塊、動力傳輸模塊、運動換向模塊、限位保護模塊、動力執行模塊、分離模塊。

車輪動力攝取模塊主要由多個動力攝取單元和同步帶組成。動力攝取單元主要由摩擦滾筒、單向軸承、同步帶輪以及轉軸組成，其工作過程主要為動力攝取以及同步輸出。

為實現將摩擦滾筒攝入的動力進一步傳輸到運動執行機構，并在運動傳輸過程中完成減速，設計了由直齒輪組、錐齒輪組組成的動力傳輸模塊。任意摩擦滾筒的動力由同步帶傳輸至輸出軸，通過直齒輪組將動力平穩傳出，并實現初級減速；錐齒輪實現動力傳輸同時使運動方向改變90°。運動傳輸到三星換向齒輪后，由于輸出運動分為左右泊車運動和前后驅動，因此設計兩套傳動鏈。

機械式AGV裝置從摩擦滾筒攝入的動力最后作用到運動執行模塊，實現整體裝置的平行泊車運動以及前后直線運動。運動執行機構主要選定為萬向重載滾輪及其支撐裝置，按其實現功能主要為三部分，通過與傳動鏈尾端軸同心安裝的中心驅動滾輪將動力輸出；轉向控制輪與中心驅動輪保持同步，控制摩擦避免裝置運動的無序性；安裝于泊車裝置左右兩側的萬向腳輪主要用于分散承重，減小直接安裝于傳動鏈尾端的驅動輪、轉向控制輪的損耗，延長整體裝置使用壽命。重載滾輪主要由鑄鐵構成，其承重能力較強，抗沖擊能力突出，且耐磨損，使用壽命長，實現免維護的效果。

運動換向模塊主要有換向觸發機構、控制前后與左右的凸輪-三星轉向機構、控制前后與左右之間切換的齒輪離合換向機構。機械式AGV裝置通過接收車主控制汽車傳遞的信息完成換向觸發，電機接收換向信息后控制電機完成相應換向指令，當泊車裝置需要完成前-后或左-右的換向運動時，電機控制凸輪-三星轉向機構運動，完成換向，當泊車裝置需要完成前后-左右之間的換向運動時，電機控制齒輪離合機構運動，完成換向控制。

剪叉支撐機構完成機械式AGV裝置左右側移以后汽車的抬升與下降動作，其主要結構為電機、絲杠、滾輪、剪叉梁、托板組成。其工作原理為：電機驅動絲杠旋轉，從而使滑塊運動，帶動滾輪在托板上滑動，從而實現剪叉梁抬升上或下降托板，實現汽車抬升與下降。

分離滑軌機構主要完成裝置與汽車的分離與組合，其主要結構為直線滑軌、滑塊以及阻鎖，滑塊可沿直線導軌雙向滑動，適應不同情況的分離與組合，阻索安裝于滑塊兩側，為滑塊的運動限位，避免滑塊與滑軌的完全分離。

后輪限位模塊主要由單向軸承-摩擦滾筒組組成，利用單向軸承正向轉動反向鎖死的原理，當汽車直線前進開上裝置時，單向軸承處于反向鎖死狀態，汽車可直接開上或駛出本裝置，當汽車反轉時，單向軸承可轉動，此時汽車車輪與摩擦滾筒之間產生相對滑動，車輪在兩滾筒之間形成打滑，無法退出泊車裝置，從而完成限位作用。

前輪限位模塊主要由可垂直升降的橡膠擋車器、連桿、可動式擋板、彈簧以及齒條式棘輪組成，車主駛上裝置時，橡膠擋車器處于最高位置，對汽車形成限位，當車主需要驅車駛離裝置時，通過控制方向盤代替滾筒軸向運動，帶動可動式擋板軸向運動，從而拉動連桿機構，使橡膠擋車器下移，不再形成限位作用。為了避免橡膠擋車器的自動回位，設計齒條式棘輪機構，保證在無額外外力的情況下，橡膠擋車器只能下降不能隨意回復。由于汽車下車后前后輪均會對裝置產生信息，但無所區別，因此在此不設計棘輪自動回復機構，采用手工自動復位方法。

4 控制部分

控制部分采用模塊化設計，由離合齒輪控制部分、驅動輪同步控制部分、三星換向齒輪控制部分以及剪叉機構控制部分組成，各部分相互獨立并采用51單片機實現總的控制。離合齒輪控制部分采用點動按鈕開關和57BYG250B兩相式步進電機實現離合轉盤正反90°轉向，為使裝置保持平衡而設計的驅動輪也由57 mm兩相式步進電機帶動轉向，其最大輸出力矩為1.2 N·m。點動按鈕開關安裝在摩擦滾筒處彈簧頂輪的正下方，當汽車車輪壓合彈簧頂輪時觸發開關，電機帶動離合齒輪轉動90°，從而切換齒輪的嚙合狀態，使驅動輪的前進方向改變90°。

三星換向齒輪控制部分利用點動按鈕開關和步進電機實現裝置換向模塊中凸輪-三星換向機構的轉動。點動按鈕開關可在較小的外力作用下完成接點開關動作，當汽車車輪轉向帶動摩擦滾筒沿軸向運動時，滾筒連接的直線擋板可觸發其同側的微動開關，之后將觸發信號傳送至單片機，單片機控制驅動器和電機帶動凸輪-三星換向機構轉動，進而實現裝置的側向橫移。

剪叉機構控制部分由點動按鈕開關和直線絲桿步進電機組成。分離模塊需要抬升或下降時，操作者手動觸發點動開關，由單片機控制直線絲桿步進電機轉動，從而帶動剪叉機構抬升或下降設定的高度。采用42BYGH4812型號的直線絲桿步進電機，其靜轉矩為3.9 kg·cm，可提供較大扭矩。

5 結語

本裝置針對目前很多城市小區停車位缺口大、規劃不合理、亂停亂放等現象，組合運用齒輪離合裝置、剪叉支撐裝置、棘輪限位裝置等實現停車裝置機構組合創新性設計，輔助司機完成停車，降低停車難度，縮小存取車所需空間。可以有效規范小區停車，提高空間利用效率，一定程度緩解現有城市小區的停車難問題。本裝置極大程度降低了側方位停車時車主的操作難度，同時模塊化的裝配設計以及較強的自適應能力使本裝置能夠用于空地快速搭建成臨時停車場，用于解決臨時舉辦的大型活動現場的停車規劃問題，極大提高存、取車的效率，緩解停車難問題。

2095－6835（2019）05－0142－02

TP241

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.142

國家大學生創新創業訓練計劃（編號：201810497073）

〔編輯：嚴麗琴〕