毕业立体自行车库设计说明书

本科毕业设计说明书题 目：立体自行车库设计院 （部）： 机电工程学院专 业： 机械工程及自动化班 级： 机械 112姓 名： 江治国学 号： 2011071154指导教师： 刘辉完成日期： 2015 年 6 月 15 日目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 前言 .11.1 选题背景及意义 .11.2 国内外立体自行车库的发展现状 .11.3 本研究课题总体方案设计 .32 立体自行车库运输系统机构设计 .42.1 立体自行车库运输系统方案选择 .42.1.1 升降机构方案选择 .42.1.2 旋转机构方案选择 .72.1.3 平移机构方案选择 .92.2 立体自行车库运输系统执行元件选择 .112.2.1 升降机构执行元件选择 .112.2.2 旋转机构执行元件选择 .162.2.3 平移机构执行元件选择 .172.3 立体自行车库运输系统机械结构设计 .192.3.1 升降机构导轨的设计计算 .202.3.2 升降机构带动的工作平台设计 .222.3.3 旋转机构圆盘设计 .232.3.4 平移机构丝杠机构设计 .233 立体自行车库运输系统控制系统设计 .253.1 控制系统总体设计 .253.2 立体型车库运输系统的控制系统方案设计 .263.2.1 控制系统各部分步进电机控制方案设计 .263.2.2 单片机选型及 I/O 口分配 .273.2.3 步进电机控制程序 .274 总 结 .30谢 辞 .31参考文献 .32山东建筑大学毕业设计说明书I摘要随着经济的发展，传统燃油车的耗油量加剧增加，能源危机问题变得日益严峻，自行车成为一种绿色交通工具。但是，自行车的存放成为一个大的问题，怎样把自行车存放到一个安全而且占用空间小的地方成为一个急需解决的问题。立体车库已经出现了一段时间，效果比较好，仿照立体车库的设计，占地面积小、存取方便的立体自行车库也随之出现。这对于自行车的存放有着重大意义。本文主要介绍了立体自行车库通过控制系统控制机械手抓取自行车，升降旋转存取的工作过程。关键词：自行车库；控制系统；机械手；升降旋转； 山东建筑大学毕业设计说明书IIStereo bicycle garageABSTRACTWith the development of economy, the traditional fuel cars fuel consumption increase increases, the energy crisis problem become increasingly serious, the bicycle as a kind of green transport. But the bike store into a big problem, how to store your bike to a safe and small footprint place become a urgent problem. Three-dimensional garage there have been a period of time, the effect is better, like the design of the stereo garage, cover an area of an area small, easy to access the stereo garage itself also emerged. This has great significance for bike store.This article mainly introduced the three-dimensional garage itself through control system control manipulator grabbing bicycle, lifting the working process of the rotating access.Key words: automatic garage; Control system; Manipulator; Lifting rotation; 山东建筑大学毕业设计说明书11 前言1.1 选题背景及意义交通车辆尾气排放使得环境污染已成为严重的世界性问题，随着经济的发展，传统燃油车的耗油量加剧增加，能源危机问题变得日益严峻，自行车成为一种绿色交通工具，既保留了非机动车的轻便，又融入机动车的方便，而且车身占用车位小，大大提高了非机动车道的通行效率，非常适合城市内短程出行，具有其他交通工具无法比拟的优势，所以自行车作为一种环保交通工具越来越受到人们的青睐。然而，自行车的存放却成为一个急需解决的问题。当我们骑行自行车上班、购物、游玩时都需存放自行车，而现在基本就是在指定地点顺序存放。这样存放虽然方便，但是很不安全。与汽车停放相比占用车位小，可是在商场等人流较大的场所仍然占据很大的空间，不方便人们的生活。所中以需要设计一种占地面积小，存放方便而且安全的自行车车库。作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，。目前我国进行环保建设，自行车停车产业市场前景广阔。机械式立体自行车车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施，是解决城市停自行车难的最有效的手段，也是停车产业发展的必由之路。伴随人类社会从高碳向低碳的转型，自行车的使用日渐频繁，故而实现自行车的方便存放是必须的。而且可以通过自行车的立体存放节约更多的空间来进行其余的建设。21 世纪是“绿色环保”的世纪，环境保护和能源节约问题已成为新世纪最为突出的两大主题。这两大问题成为了“绿色交通工具”研究开发和推广应用的积极因素。随着各种各样自行车的出现，立体自行车车库将拥有着较为广阔的市场前景。 1.2 国内外立体自行车库的发展现状现阶段，国内外常见的大多都是立体车库，立体自行车库基本没有出现。日本出现了为自行车设计的停车库。这款日本的立体自行车库就给我们提供了一种很好的思路，它的空间都位于地下，采用全自动的设计，你只要将自行车放到平台上，按下按钮，自山东建筑大学毕业设计说明书2行车就会被存储到地下车库。而需要取车的时候只需要将特定的取车卡在扫描仪上刷一下，您的自行车就会在半分钟内被自动调出。一套这样的车库可以存储 9400 辆自行车，每部车每天的花费也仅需 100 日元。我们现在的自行车停放状况都是杂乱无章，而且占用空间大。图 1-1 停 车 场这种自行车停车场自行车摆放随意，自行车安全也没有保障，遇到阴天下雨的情况自行车还容易损坏。虽然现在有些专门看管自行车的，也有一些自行车棚，但是仍然改变不了停自行车不方便的现状。下面就是日本设计的自行车库，图 1-2 日本立体自行车库这种自行车车库可以停放 200 多辆自行车，运作效率非常的高，十几秒内就可以取到自己的车。存取只要轻轻刷一下卡就可以了，方便简洁不需多余的步骤，存取系统自山东建筑大学毕业设计说明书3动运作，你的车子就上来了。放在这地下车库里就不需要担心被偷了，而且不怕风吹日晒和雨淋。1.3 本研究课题总体方案设计本说明书主要是先通过计算确定立体自行车库各运行机构正常工作时所承受的负载和扭力来选择合适型号的步进电机以及各运行机构的控制元件，着重点在分析、设计各执行机构相应的控制系统，主要研究内容包括：控制系统总体方案分析设计、控制系统电气控制系统分析设计、控制系统的硬件设计和软件设计等。由于设计内容要满足本课题的功能要求，要完成的立体自行车库主要是单片机编写程序通过各种芯片控制各执行机构达到功能要求的正常的功能运转。通过人们按下存、取车功能按钮，单片机接到指令后按照内部设定程序一步步运行将信息传送给步进驱动器，利用步进驱动器的变频调速控制各执行机构的平移、旋转、升降等功能，并且可以通过步进驱动器的反接相线控制步进电机正反转改变各机构运行方向，控制步进驱动器对步进电机步距角的细分功能改变各执行机构的运行速度。更人性化的方面在于，单片机将各种信息形象地传输给显示模块， ，例如升降机构限位指示灯，步进驱动器正常工作指示灯及不同机构步进电机故障指示灯。一旦出现故障，立即显示出来，工作人员及时处理，避免不必要的财产损失。本次设计所采用的单柱式升降机构结构与单柱式举升机结构相似，简图如图 1.1 所示。图 1-3 单柱式举升机三维简图山东建筑大学毕业设计说明书42 立体自行车库运输系统机构设计2.1 立体自行车库运输系统方案选择本设计的运输系统为升降机构和旋转机构的组合。利用升降旋转系统实现把自行车存入不同分层、不同位置车库的任务。我们需要考虑到多方面的需求，比如运输效率、承重、稳定性等。我分别对升降机构和旋转机构进行了不同的方案设计。2.1.1 升降机构方案选择设计升降机构考虑的问题有:(1)速度曲线:立体自行车库的总体机械结构，采用升降机和平移存取构型。自行车存取时间限制在 20s，要求传动装置可高速度运行。要求升降机构具有很高的平层精度,以减小撞击。为了保证安全、低噪声、起制动平稳，要求传动装置具有自动加减速功能，升降机构的驱动装置采用了交流变频调速技术。(2)负载机械特征:升降机构是频繁起制动设备,其运行中的大量时间处在加减速的过程中,升降机构带有对重，因此它的负载机械特征分布于坐标系的四个象限内。当升降平台静止或匀速运动时，表现为静态负载机械特性。当其加减速运动时，表现为动态负载机械特性(除含静态特性外，还含加速度造成的惯性转矩)。这里我们找到三种升降机构，滚珠丝杠、剪叉式升降机、钢丝绳曳引这三种方式。分别对三种机构进行分析：一、滚珠丝杠滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或者将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠是工具机械和精密机械上经常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。山东建筑大学毕业设计说明书5图 2-1 滚珠丝杠滚珠丝杠具有以下特点：1、摩擦损失小、传动效率高由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滑动丝杠副的 1/3。在省电方面很有帮助。2、精度高滚珠丝杠副是一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。3、高速进给和微进给可能