CN108894552A - 回转式自动化立体单车车库 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转式自动化立体单车车库，包括顶部总成、整体框架、底部总成、升降装置、夹紧机构和控制系统；所述顶部总成包括固定顶部框架、顶部转轴以及驱动顶部转轴转动的顶部驱动结构；所述整体框架分为多层，每层周向依次布置有多个车库，每个车库的上下侧均设置有触发式单车夹具；所述底部总成包括固定底部框架和底部转轴；所述升降装置包括升降导轨、升降顶部框架、升降底板、升降平台、牵引机构和配重；所述夹紧机构设置在升降平台上，所述夹紧机构包括水平传动模块、竖直传动模块、夹紧模块和触发板。该立体单车车库，节约了存储空间，提高了单车存储管理的规范性和便利性。

Description

回转式自动化立体单车车库

技术领域

本发明涉及自行车存储技术领域，具体涉及一种回转式自动化立体单车车库。

背景技术

共享单车以互联网技术为依托构建平台，作为城市慢行交通系统的组成部分服务于市民片区中短距离出行和公共交通接驳换乘，为广大市民提供一种简便的出行方式，在各主要城市获得广泛应用。共享单车在服务市民、方便出行的同时，配套设施不足、管理服务滞后以及乱骑乱停乱放等问题凸显，给城市管理造成诸多困难。具体问题如下：

(1)乱停防，挤占城市公共空间，给城市管理造成混乱；

(2)露天存放，单车上灰尘较多影响市民清洁使用，清洁单车造成存放的垃圾较多，影响环境卫生；

(3)风雨、灰尘侵蚀，单车的故障率较高；

(4)无固定存放区域，经常需要将单车来回区域搬运，造成车辆的大量损坏；

(5)为便于管理在单车上安装追踪定位装置，增加了单车的硬件和管理成本。

因此，针对上述现有技术的需求，有必要提供一种立体单车车库，以解决现有技术中的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种回转式自动化立体单车车库，以便节约存储空间，提高管理的规范性和便利性。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种回转式自动化立体单车车库，包括顶部总成、整体框架、底部总成、升降装置、夹紧机构和控制系统；所述顶部总成包括固定顶部框架、通过顶部外球面轴承组件与固定顶部框架转动支撑连接的顶部转轴以及驱动顶部转轴转动的顶部驱动结构；所述整体框架分为多层，每层周向依次布置有多个车库，每个车库的上下侧均设置有触发式单车夹具；所述底部总成包括固定底部框架和通过底部外球面轴承组件与固定底部框架转动支撑连接的底部转轴；所述升降装置包括升降导轨、升降顶部框架、升降底板、升降平台、牵引机构和配重，所述升降顶部框架和升降底板分别与顶部转轴和底部转轴连接；所述夹紧机构设置在升降平台上，所述夹紧机构包括水平传动模块、竖直传动模块、夹紧模块和触发板，所述竖直传动模块通过水平传动模块带动水平移动，所述夹紧模块通过竖直传动模块带动竖直移动。

进一步，所述固定顶部框架包括顶部边框、顶板和设置在顶板下方的托板，所述顶部外球面轴承组件包括设置在顶板底部的顶部外球面轴承座和设置在顶部外球面轴承座内的顶部外球面轴承；所述顶部驱动结构包括传动连接的顶部电机、联轴器、蜗杆和涡轮，所述顶部电机通过电机座安装在托板上，所述蜗杆两端分别通过轴承座安装在托板上，所述涡轮固定套接在顶部转轴上，所述顶部转轴穿过托板，顶部转轴的顶端与顶部外球面轴承装配连接，底端通过上连接板与升降顶部框架连接。

进一步，所述触发式单车夹具包括分布在左右两侧的两个夹持单元，所述夹持单元包括铰链轴、设置在铰链轴上的夹片、使铰链轴复位的扭簧、推动铰链轴转动的推动件以及使推动件周期性前移和后退的执行件。

进一步，所述固定底部框架包括底部边框和底板，所述底部外球面轴承组件包括设置在底板顶部的底部外球面轴承座和设置在底部外球面轴承座内的底部外球面轴承；所述底部转轴的底端与底部外球面轴承转配连接，顶端通过下连接板与升降底板连接。

进一步，所述牵引机构设置在升降顶部框架上，牵引机构包括牵引电机、通过牵引电机驱动的牵引轮、导轮和拉绳，所述拉绳一端与配重连接，另一端绕过导轮和牵引轮后与升降平台连接。

进一步，所述水平传动模块包括水平底座、水平丝杠和驱动水平丝杠转动的水平电机，所述竖直传动模块包括竖直骨架、竖直丝杠和竖直电机，所述竖直骨架与水平底座水平滑动配合，水平丝杠穿过竖直骨架且与竖直骨架螺纹连接，所述竖直丝杠与竖直电机均设置在竖直骨架上，竖直丝杠通过竖直电机驱动转动，所述夹紧模块与竖直丝杠之间构成竖直丝杠传动结构。

进一步，所述夹紧模块包括固定夹板、活动夹板以及带动活动夹板靠近或远离固定夹板的舵机结构。

本发明的有益效果：本发明的回转式自动化立体单车车库，包括顶部总成、整体框架、底部总成、升降装置、夹紧机构和控制系统；所述顶部总成包括固定顶部框架、通过顶部外球面轴承组件与固定顶部框架转动支撑连接的顶部转轴以及驱动顶部转轴转动的顶部驱动结构；所述整体框架分为多层，每层周向依次布置有多个车库，每个车库的上下侧均设置有触发式单车夹具；所述底部总成包括固定底部框架和通过底部外球面轴承组件与固定底部框架转动支撑连接的底部转轴；所述升降装置包括升降导轨、升降顶部框架、升降底板、升降平台、牵引机构和配重，所述升降顶部框架和升降底板分别与顶部转轴和底部转轴连接；所述夹紧机构设置在升降平台上，所述夹紧机构包括水平传动模块、竖直传动模块、夹紧模块和触发板，所述竖直传动模块通过水平传动模块带动水平移动，所述夹紧模块通过竖直传动模块带动竖直移动。该结构的立体单车车库，节约了存储空间，提高了单车存储管理的规范性和便利性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的整体装配示意图；

图2为顶部总成的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为底部总成的俯视图；

图5为图4的左视图；

图6为升降装置与夹紧机构结合的示意图；

图7为图6的俯视图；

图8为车库示意图；

图9为图8的侧视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1-9所示：本发明提供了一种回转式自动化立体单车车库，包括顶部总成1、整体框架2、底部总成3、升降装置4、夹紧机构5和控制系统。

所述顶部总成包括固定顶部框架、顶部外球面轴承组件、顶部转轴106以及驱动顶部转轴转动的顶部驱动结构；所述固定顶部框架包括顶部边框101、顶板102和设置在顶板下方的托板103，所述顶部外球面轴承组件包括设置在顶板底部的顶部外球面轴承座104和设置在顶部外球面轴承座内的顶部外球面轴承105；所述顶部驱动结构包括传动连接的顶部电机108、联轴器110、蜗杆111和涡轮107，所述顶部电机通过电机座109安装在托板上，所述蜗杆两端分别通过轴承座112安装在托板上，所述涡轮固定套接在顶部转轴上，所述顶部转轴穿过托板，顶部转轴的顶端与顶部外球面轴承装配连接。

所述整体框架分为多层，每层周向依次布置有多个车库，每个车库的上下侧均设置有触发式单车夹具；所述触发式单车夹具包括分布在左右两侧的两个夹持单元，所述夹持单元包括铰链轴201、设置在铰链轴上的夹片202、使铰链轴复位的扭簧、推动铰链轴转动的推动件203以及使推动件周期性前移和后退的执行件204。当需要将单车存入车库时，执行件带动推动件前移，推动件推动两个夹持单元的铰链轴转动，此时扭簧同步受拉发生弹性形变，两根铰链轴的夹片合拢，将单车固定在车库内，单车的上下侧分别通过上下侧的触发式单车夹具稳固。当需要提取单车时，执行件带动推动件后移，扭簧恢复弹性形变，带动铰链轴反向转动，使合拢的夹片的打开，方便单车从车库取出，再通过夹持机构夹持单车移动至地面，即可完成取车过程。

所述底部总成包括固定底部框架、底部外球面轴承组件和底部转轴305；所述固定底部框架包括底部边框301和底板302，所述底部外球面轴承组件包括设置在底板顶部的底部外球面轴承座303和设置在底部外球面轴承座内的底部外球面轴承304；所述底部转轴的底端与底部外球面轴承转配连接。

所述升降装置包括升降导轨408、升降顶部框架401、升降底板402、升降平台403、牵引机构和配重404，所述顶部转轴和底部转轴分别通过连接板与升降顶部框架和升降底板连接；所述升降顶部框架和升降底板分别位于升降导轨的顶部和底部，所述升降平台和配重均与升降导轨上下滑动连接，所述牵引机构设置在升降顶部框架上，牵引机构包括牵引电机405、通过牵引电机驱动的牵引轮406、导轮407和拉绳，所述拉绳一端与配重连接，另一端绕过导轮和牵引轮后与升降平台连接。

所述夹紧机构设置在升降平台上，夹紧机构包括水平传动模块、竖直传动模块、夹紧模块507和触发板508，所述竖直传动模块通过水平传动模块带动水平移动，所述夹紧模块通过竖直传动模块带动竖直移动，具体来说，所述水平传动模块包括水平底座501、水平丝杠502和驱动水平丝杠转动的水平电机503，水平底座、水平丝杠和竖直传动模块之间构成水平丝杠传动结构，水平电机带动水平丝杠转动，即可带动竖直传动模块水平移动。所述竖直传动模块包括竖直骨架504、竖直丝杠505和竖直电机506，所述竖直丝杠与竖直电机均设置在竖直骨架上，竖直丝杠通过竖直电机驱动转动，所述夹紧模块与竖直丝杠之间构成竖直丝杠传动结构，竖直电机带动竖直丝杠转动，即可带动夹紧模块上下移动。所述触发板为触发式开关结构，触发板通过控制系统，包括上触发板和下触发板，上触发板安装在竖直骨架上，下触发板安装在水平底座上。

所述夹紧模块包括固定夹板、活动夹板以及带动活动夹板靠近或远离固定夹板的舵机结构。夹持单车时，竖直放置的单车的顶部车轮处于固定夹板与活动夹板之间，通过舵机结构带动活动夹板向固定夹板靠拢，将车轮夹持即可。松开单车时，只需要活动夹板远离固定夹板即可。

控制系统包括控制芯片和各种传感器，通过控制系统控制所有结构的协同动作，并控制单车的运动轨迹，以便自动完成存车和取车过程，此为现有技术，这里不做详细介绍。

下面详细介绍存车和取车过程：

存车过程

用户将车推入指定通道，将车推至夹紧机构处，当夹紧机构感应到有自行车推入时，夹紧模块将车轮夹紧。此时用户离开，按下存车按钮，选择空余的车位，装置进行存车动作。夹紧模块夹紧车轮后，竖直丝杆开始运动，将自行车提升至竖直放置状态，单车上升至指定位置后，水平丝杆开始运动，将车停入升降装置的中心。单车停置好后，升降装置将单车和夹紧机构整个提升起来，依靠传感器，精确停到用户指定车位所在停车层。同时，顶部驱动结构开始运动，通过顶部转轴带动升降装置、单车和夹紧机构整体旋转，将单车精确停在用户指定车位所在位置。待车位找准后，水平丝杠运动，启动触发板，触发板发出触发指令，通过控制系统控制触发式单车夹具动作，以便将车顺利停入车库内并稳固，如此便完成了整个存车过程。

停车完成后，舵机结构松开车轮，水平丝杆再次运动，回到升降平台的中心，夹持机构下降，同时升降装置整体旋转，回到最初的位置。通过传感器来控制复位过程，当升降平台下降到初位置时，触发传感器进行复位。到达指定位置后，水平丝杆再次运动，到达用户可以停车的位置，此时竖直丝杆带动夹持模块向下运动，复位完成，用户可以再次进行停车。

取出过程

取车时车库完成的动作与存车基本相同，用户输入自己的存车位后，系统开始动作。当升降平台到达指定位置，夹持机构水平丝杆开始运动，再次触发车位夹具开关，这时，夹持模块夹紧车轮，停车位夹具松开(详见各部机构)，将自行车取出，复位至初始状态，这里与存车过程一样，因此不再赘述。

为使上述方案更加清楚，下面补充介绍各个构件的具体结构。

顶部总成

顶部总成依靠蜗轮蜗杆机构实现升降装置的整体旋转。俯视看去，顶部总成呈正五边形，它由顶板、蜗轮蜗杆、托板和顶部框架构成。固定顶部框架由连杆拼装而成，所有连杆之间的连接均依靠此角连接件。将角连接件安放在两连杆连接处，通过内六角螺钉和T型螺母的配合将连杆紧固。连杆、顶板和托板构成了顶部总成的骨架，将带轴承座的外球面轴承倒置安装在顶板下，与底部总成的外球面轴承配合使用，使得整个升降装置成为根“轴”，通过顶部电机控制蜗轮蜗杆，电机通过联轴器与蜗杆相连，完成整体的旋转动作。显然，这样的结构很难做到完全对中，所以，本组选用的外球面轴承具有一定的调心作用。因有分度要求，为了能够精确定位，选择蜗轮蜗杆传动比为30，每次复位时由传感器校零(详见电控部分)。托板面积较大，用来安放电池和各种电路元件。带轴承座的外球面轴承实现了固定顶部框架与整体框架的连接，同时，通过轴与升降装置相连，整个装置变为一个整体。

升降装置

升降装置由四部分组成，配重可以平衡重量，减少牵引电机所需扭矩。升降平台上面安装夹持机构。升降顶部框架安装有一个牵引电机和两个导轮，牵引对重和升降平台。为了解决牵引电机丢步问题，在每层停车位都安装有感应器。另外，利用铝型材特有结构，将铝型材构成的升降导轨本身作为导轨，升降平台和对重上装有滑块，大大简化了升降装置。在本作品中，因为尺寸的限制，所以升降装置与顶部总成还有底部总成都是利用金属胶粘合。对重和升降平台的滑块做了相同的处理。利用套筒限制滑块到自身的距离，内六角螺钉与滑块相配合，再与导轨相配合，形成了简易的升降装置。由于尺寸限制，顶部牵引轮与牵引电机采用过盈配合，利用套筒定位，确定牵引轮位置。导轮牵引拉绳连接对重。形成了简易的牵引装置。所有杆件连接均为角连接件连接。

底部总成

底部总成同顶部总成结构相似，呈正五边形，连杆间的连接均依靠角连接件。带轴承座的外球面轴承与底板连接，通过轴与升降装置的底板相连，形成整体结构。

夹紧机构

夹紧机构的基本功能是对自行车的位置进行改变。夹紧机构要求具有夹持车轮、升降、前后伸缩等功能，与其他部分配合工作，保证对自行车的有效动作和停放。夹紧机构包括设置在升降平台上，夹紧机构包括水平传动模块、竖直传动模块、夹紧模块和触发板，所述竖直传动模块通过水平传动模块带动水平移动，所述夹紧模块通过竖直传动模块带动竖直移动，具体来说，所述水平传动模块包括水平底座、水平丝杠和驱动水平丝杠转动的水平电机，水平底座、水平丝杠和竖直传动模块之间构成水平丝杠传动结构，水平电机带动水平丝杠转动，即可带动竖直传动模块水平移动。所述竖直传动模块包括竖直骨架、竖直丝杠和竖直电机，所述竖直丝杠与竖直电机均设置在竖直骨架上，竖直丝杠通过竖直电机驱动转动，所述夹紧模块与竖直丝杠之间构成竖直丝杠传动结构，竖直电机带动竖直丝杠转动，即可带动夹紧模块上下移动。所述触发板为触发式开关结构，触发板通过控制系统，包括上触发板和下触发板，上触发板安装在竖直骨架上，当竖直骨架伸出到指定位置时与下触发板同时触发开关，完成取车存车动作的触发，下触发板安装在水平底座上，通过弹性绳拉紧靠住水平底座上的滑轨，当竖直骨架带动下触发板前进触发开关；上触发板与下触发板同时触发开关。当竖直骨架缩回时，弹性绳将下触发板拉回至初始位置。

整体框架

整体框架由连杆和角连接件拼接而成，整体简单，这里不做详细介绍。

触发式单车夹具

触发式单车夹具的执行件由于要实现周期性牵伸和后退，所以采用类圆珠笔的自锁结构，可以周期性带动推动件前进或后退，且每完成一个动作，能实现自锁，这符合设计要求。想要实现圆珠笔结构的功能，必须具有储能装置。考虑到滑移副在实际中需要较大的精度，而且滑块与铝型材之间存在较大的间隙，在运动过程中容易自锁。因此本组设计采用旋转副，将弹簧转化为扭簧。利用铝型材的角件将铰链轴固定在设定位置，将夹片安置在铰链轴上即可。由于材料的刚性不足，在装夹自行车之后铰链轴会发生形变，因此将铰链轴设计为具有一定的斜度做补偿。为了能够通过圆珠笔结构触发夹片，本组设计了一个推动件。

控制系统

本设计的立体式回转停车装置中，电控部分发挥着控制、用户交互的作用。在机械装置基础上，采用单片机、舵机、步进电机等实现自动化停车取车过程。停车过程中，涉及以下过程：夹持机构前后伸缩；夹持机构提升、下降；整体上升、下降；夹持机构整体旋转等动作，控制部分与机械部分配合实现存车、取车。

本设计产品引入互联网+思想，拟采用网页、APP方式实现停车、取车控制。通过移动端操控即可完成对应单车的存放，利用手机扫码方式，实现自动取车，实现存取的便捷化、现代化。同时保障了车辆在存放过程中的可靠性，提高安全系数。

控制芯片采用STC51系列芯片，利用两块芯片完成键盘输入、数码管显示、四个步进电机以及舵机的运行、时序控制。两块单片机采用四线通讯、满足停车、取车时序连贯以及整体通信的要求。电机、舵机、控制芯片均采用电池独立供电、满足整体装置的便携性以及施工设置的简易性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种回转式自动化立体单车车库，其特征在于：包括顶部总成、整体框架、底部总成、升降装置、夹紧机构和控制系统；所述顶部总成包括固定顶部框架、通过顶部外球面轴承组件与固定顶部框架转动支撑连接的顶部转轴以及驱动顶部转轴转动的顶部驱动结构；所述整体框架分为多层，每层周向依次布置有多个车库，每个车库的上下侧均设置有触发式单车夹具；所述底部总成包括固定底部框架和通过底部外球面轴承组件与固定底部框架转动支撑连接的底部转轴；所述升降装置包括升降导轨、升降顶部框架、升降底板、升降平台、牵引机构和配重，所述升降顶部框架和升降底板分别与顶部转轴和底部转轴连接；所述夹紧机构设置在升降平台上，所述夹紧机构包括水平传动模块、竖直传动模块、夹紧模块和触发板，所述竖直传动模块通过水平传动模块带动水平移动，所述夹紧模块通过竖直传动模块带动竖直移动。

2.根据权利要求1所述的回转式自动化立体单车车库，其特征在于：所述固定顶部框架包括顶部边框、顶板和设置在顶板下方的托板，所述顶部外球面轴承组件包括设置在顶板底部的顶部外球面轴承座和设置在顶部外球面轴承座内的顶部外球面轴承；所述顶部驱动结构包括传动连接的顶部电机、联轴器、蜗杆和涡轮，所述顶部电机通过电机座安装在托板上，所述蜗杆两端分别通过轴承座安装在托板上，所述涡轮固定套接在顶部转轴上，所述顶部转轴穿过托板，顶部转轴的顶端与顶部外球面轴承装配连接，底端通过上连接板与升降顶部框架连接。

3.根据权利要求1所述的回转式自动化立体单车车库，其特征在于：所述触发式单车夹具包括分布在左右两侧的两个夹持单元，所述夹持单元包括铰链轴、设置在铰链轴上的夹片、使铰链轴复位的扭簧、推动铰链轴转动的推动件以及使推动件周期性前移和后退的执行件。

4.根据权利要求2所述的回转式自动化立体单车车库，其特征在于：所述固定底部框架包括底部边框和底板，所述底部外球面轴承组件包括设置在底板顶部的底部外球面轴承座和设置在底部外球面轴承座内的底部外球面轴承；所述底部转轴的底端与底部外球面轴承转配连接，顶端通过下连接板与升降底板连接。

5.根据权利要求4所述的回转式自动化立体单车车库，其特征在于：所述牵引机构设置在升降顶部框架上，牵引机构包括牵引电机、通过牵引电机驱动的牵引轮、导轮和拉绳，所述拉绳一端与配重连接，另一端绕过导轮和牵引轮后与升降平台连接。

6.根据权利要求5所述的回转式自动化立体单车车库，其特征在于：所述水平传动模块包括水平底座、水平丝杠和驱动水平丝杠转动的水平电机，所述竖直传动模块包括竖直骨架、竖直丝杠和竖直电机，所述竖直骨架与水平底座水平滑动配合，水平丝杠穿过竖直骨架且与竖直骨架螺纹连接，所述竖直丝杠与竖直电机均设置在竖直骨架上，竖直丝杠通过竖直电机驱动转动，所述夹紧模块与竖直丝杠之间构成竖直丝杠传动结构。

7.根据权利要求6所述的回转式自动化立体单车车库，其特征在于：所述夹紧模块包括固定夹板、活动夹板以及带动活动夹板靠近或远离固定夹板的舵机结构。