基于52單片機(jī)的賽拉式遙控泊車平板車設(shè)計(jì)摘要由于近年來我國汽車數(shù)量的激增，造成了城市交通擁擠，停車矛盾日益突出，出現(xiàn)了在機(jī)動(dòng)車道或人行道上普遍違規(guī)停車的現(xiàn)象。導(dǎo)致在停車過程中會(huì)出現(xiàn)許多問題，主要是停車位過窄停入需要花費(fèi)大量時(shí)間以及容易發(fā)生剮蹭事故。本次設(shè)計(jì)開發(fā)了一種塞拉式遙控泊車平板系統(tǒng)來解決以上問題。該平板車系統(tǒng)通過無線遙控的方式，以89C52單片機(jī)為核心控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)；以蓄電池為整個(gè)系統(tǒng)提供電力；直流電機(jī)為平板車的移動(dòng)以及舉升提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；四柱式舉升機(jī)構(gòu)為平板車提供平穩(wěn)的舉升性能；借助AutoCAD繪圖軟件完成了平板車機(jī)械結(jié)構(gòu)的繪制；根據(jù)平板車的工作過程編寫軟件流程圖，使人們在使用平板車進(jìn)行泊車時(shí)更加方便。關(guān)鍵詞：賽拉式平板車；舉升機(jī)構(gòu)；無線遙控目錄20709第一章緒論 第一章緒論1.1研究背景及意義人們的生活越來越好，擁有私家車的家庭越來越多，車位緊缺的問題越發(fā)嚴(yán)重。2020年全國新注冊登記的機(jī)動(dòng)車數(shù)量高達(dá)3000萬輛，我國汽車的保有量為2.81億輛，兩億多輛的汽車保有量將意味著我國正式進(jìn)入“汽車之國”的行列。增速巨大的汽車保有量進(jìn)一步加重了停車?yán)щy的問題。這個(gè)問題也使得交通事故的概率增加，其中由停車引發(fā)的事故越來越多，這些事故通常損失不嚴(yán)重，但是比較容易產(chǎn)生糾紛。2020年初，全國的汽車保有量約2.7億輛，而全國現(xiàn)有的停車位不過約1.19億個(gè)，停車位與汽車保有量的差距還是非常多的。近些年來，隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，我國汽車的數(shù)量正在增加。由于城市規(guī)劃不完善，道路資源變得越來越緊張。運(yùn)輸供求之間的矛盾越來越明顯，特別是在停車方面，不再能夠滿足現(xiàn)有車輛的停車需求，并且由于沒有指定的停車位，因此存在在機(jī)動(dòng)車道或人行道上違規(guī)停車的問題，導(dǎo)致了車輛之間的距離較近，經(jīng)常出現(xiàn)由于兩車之間距離較近，位置只能剛好夠一輛車輛停入，因此經(jīng)常出現(xiàn)停車時(shí)的剮蹭事故，而且對于技術(shù)不熟練的司機(jī)，剛好的停車位需要花費(fèi)很長的時(shí)間才能停好，而且極易發(fā)生剮蹭，塞拉式遙控泊車平板車就能很好的解決這種問題，不但可以很好的避免停車時(shí)發(fā)生的剮蹭事故的可能，而且對于較窄的車位能夠節(jié)省大量的停車時(shí)間，能夠適應(yīng)多種環(huán)境，做到了一舉多得。1.2國內(nèi)外泊車機(jī)器人發(fā)展概況1.2.1國內(nèi)發(fā)展概況目前，在技術(shù)和功能上，主要的國內(nèi)品牌是大洋停車有限公司，北京新華源機(jī)械制造有限公司，南京意力停車設(shè)備制造有限公司，深圳伊豐自動(dòng)化技術(shù)有限公司。盡管這些公司在智能停車技術(shù)方面相對成熟，并且在使用的停車機(jī)器人方面有創(chuàng)新和突破，但它們?nèi)匀淮嬖谠S多弊端。大洋停車有限公司主要從事機(jī)械式多層停車場的研究與開發(fā)，并利用二維移動(dòng)三維車庫實(shí)現(xiàn)了帶固定位置電梯的轎廂垂直移動(dòng)。轎廂的水平和垂直移動(dòng)是通過搬運(yùn)手推車實(shí)現(xiàn)的，電梯和搬運(yùn)臺(tái)車的協(xié)同作用使車輛的裝卸過程成為可能。北京新華源機(jī)械制造有限公司的垂直升降立體車庫的工作原理如下。用戶在其中將車輛停在電梯的停車機(jī)器人中的平臺(tái)上，電梯將將車輛運(yùn)載到指定樓層的停車機(jī)器人抬起，停車機(jī)器人將車輛移動(dòng)到橫向平臺(tái)上并橫越該平臺(tái)。移至最后停車機(jī)器人將車輛放置在所需的停車位中。這種車庫的停車方法很麻煩，除了電梯和停車機(jī)器人之外，還需要在每層上有一個(gè)橫向手推車，并且每個(gè)停車位都需要一個(gè)移動(dòng)卡車作為停車機(jī)器人。南京意力停車設(shè)備制造有限公司開發(fā)了一種自動(dòng)伸縮梳式智能搬運(yùn)車。將汽車提升到兩側(cè)的梳齒架上，實(shí)現(xiàn)了汽車的運(yùn)輸，有效地解決了由于夾臂結(jié)構(gòu)而引發(fā)的汽車輪胎磨損的問題，但梳齒結(jié)構(gòu)為千懸臂結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差，作用力不均勻，并且機(jī)器人在駕駛時(shí)容易抖動(dòng)。深圳市怡豐自動(dòng)化技術(shù)有限公司針對帶有軌道的泊車機(jī)器人的單一運(yùn)動(dòng)路徑問題，他們開發(fā)了一種梳齒泊車機(jī)器人，該機(jī)器人可以四處移動(dòng)，而不受軌跡的限制，但該機(jī)器人仍采用梳齒型結(jié)構(gòu)，未解決梳齒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性的問題。1.2.2國外發(fā)展概況歐洲國家，例如意大利和德國，在泊車設(shè)備行業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)中發(fā)展較早。其中主要是歐美國家，例如意大利的Sotefin，德國的巴黎和OTTOWOHR。意大利Sotefin立體車庫中使用的貨物裝卸機(jī)器人。車庫將電車爆破手推車與軌道泊車機(jī)器人結(jié)合在一起，可自動(dòng)訪問車輛。泊車機(jī)器人具有伸縮的梳子結(jié)構(gòu)。當(dāng)抬起車輛時(shí)，機(jī)器人的伸縮梳會(huì)打開以抬起車輛、上升。這種類型的車庫必須與水平移動(dòng)平板車配合使用，以提供機(jī)器人的橫向移動(dòng)并與停放的機(jī)器人的垂直移動(dòng)一致地進(jìn)入車輛。這種類型的車庫使用鐵路泊車機(jī)器人，并且需要鋪設(shè)鐵路，因此只能沿一個(gè)方向移動(dòng)。由德國OTTOWOHR制造的飛機(jī)移動(dòng)式立體車庫使用了橫行平板車，該平板車是升降機(jī)和橫行平板車的組合，并配備了泊車機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)汽車的出入功能。機(jī)器人不用輪子就可以驅(qū)動(dòng)輪子，而無需放置卡車，但是它只能實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)，并且只有一種運(yùn)動(dòng)形式。運(yùn)動(dòng)方向單一是大多泊車平板的通病，德國公司ServaTransport進(jìn)行了相應(yīng)的研究。由其制造的RAY泊車機(jī)器人是全向移動(dòng)無軌泊車機(jī)器人，該機(jī)器人采用車輪驅(qū)動(dòng)并穿過一對夾具。機(jī)器人是一種車載機(jī)構(gòu)，在機(jī)場自動(dòng)泊車中得到了很好的應(yīng)用，但是由于其體積大且移動(dòng)緩慢，因此在搬運(yùn)過程中需要大量空間，這對操縱和夾緊來說是不利的。該機(jī)制具有直接影響。對于輪胎，由于其易于損壞輪胎，因此在市場上的使用受到限制。綜上所述，目前的家用泊車機(jī)器人仍然存在很多弊端，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的問題，無更好的解決方案。因此，為了滿足市場的發(fā)展需求，就目前的社會(huì)發(fā)展而言，缺乏能夠靈活完成動(dòng)作的靈活，高效，高穩(wěn)定性的智能泊車平板車。為了加速國內(nèi)車庫行業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，需要開發(fā)一種新型的智能塞拉遙控泊車平板車，該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)無線遙控，自動(dòng)充電等功能。1.3本文研究內(nèi)容1.3.1主要研究內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的隨意停車問題，旨在設(shè)計(jì)低成本的智能遙控泊車平板車。主要研究內(nèi)容如下：1．通過對國內(nèi)外泊車機(jī)器人的身體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和分析，結(jié)合現(xiàn)有泊車平板車的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際功能要求，研制出綜合移動(dòng)遙控泊車平板車?？傮w計(jì)劃主要是選擇和設(shè)計(jì)泊車平板車的各個(gè)部分，確定每個(gè)組件的尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上確定泊車中每個(gè)組件的合理布局。對平板車體，每個(gè)模塊和整個(gè)車輛結(jié)構(gòu)的完整研究和設(shè)計(jì)。機(jī)械主體設(shè)計(jì)，跟隨CAD繪圖軟件，根據(jù)泊車平板車的總體設(shè)計(jì)計(jì)劃，完成整個(gè)泊車平板車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。2．運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。結(jié)合泊車平板車的輪系布置和行駛方式，分析了泊車平板車的全向運(yùn)動(dòng)。這些包括來回線性運(yùn)動(dòng)，左右橫向運(yùn)動(dòng)，原地轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)等任何方向。3．舉升性能分析。結(jié)合平板車設(shè)計(jì)的蝸輪蝸桿升降機(jī)構(gòu)工作原理和工作過程。使用D'Alembert原理建立起重機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并分析影響起重穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。4．遙控模塊分析。依據(jù)以AT89C52單片機(jī)為核心，PT2262/2272為無線信號(hào)傳輸部分對平板車遙控控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，目的是能夠控制泊車平板完成全向運(yùn)動(dòng)以及完整的泊車過程。1.3.2技術(shù)難點(diǎn)1．全方位移動(dòng)日常出行道路由于巷道狹窄，且車輛密集，平板車需要高度的彈性和自行上路的能力，因此如何實(shí)現(xiàn)泊車平板全周的運(yùn)動(dòng)是本研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。要分析此問題，首先要確定輪系布局和使用的驅(qū)動(dòng)方法，然后確定平板車的全向運(yùn)動(dòng)，來回線性運(yùn)動(dòng)，左右橫向運(yùn)動(dòng)，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。2．承載重量由于泊車平臺(tái)所承載的物體種類繁多，車輛最重，因此在設(shè)計(jì)泊車平臺(tái)的結(jié)構(gòu)時(shí)如何保證其承載能力是本研究中另一個(gè)重要而又困難的問題。為了分析這個(gè)問題，是否滿足平板車的額定承載能力取決于平板車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。由于車身結(jié)構(gòu)是主要的承重組件，因此在設(shè)計(jì)過程中必須加強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)。在確認(rèn)和分析車身的最大應(yīng)力點(diǎn)是否滿足條件的同時(shí)，提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對平板車的承載能力有很大的影響。平板車舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，舉升電機(jī)的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算以及泊車承載能力的提高。3．運(yùn)行穩(wěn)定性泊車平板車的行駛穩(wěn)定性由兩個(gè)主要部分組成，一個(gè)是行走穩(wěn)定性，另一個(gè)是舉升穩(wěn)定性。因此，在本設(shè)計(jì)中，如何確保泊車平板車的行駛穩(wěn)定性是重要且困難的問題。在步態(tài)穩(wěn)定性分析中，泊車平板車的最大運(yùn)行速度為0.75m/s。必須在全向運(yùn)動(dòng)條件下確保步行穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)過程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇和設(shè)計(jì)非常重要，因?yàn)楸仨毚_保合理的驅(qū)動(dòng)模式和足夠的驅(qū)動(dòng)力。車身的重心也是影響穩(wěn)定性的重要因素，并且在滿足條件時(shí)應(yīng)盡可能降低高度。第二章平板車系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1引言當(dāng)前，泊車平板車主要在市場上使用，但是這種平板車具有諸如自動(dòng)化程度低，單行進(jìn)路線和效率降低的問題。本章重點(diǎn)研究現(xiàn)問題，參考大量文獻(xiàn)，并研究具有遙控導(dǎo)航，強(qiáng)大的承載力和高度靈活性的全向移動(dòng)式平板車。確定賽拉式遙控泊車平板車設(shè)計(jì)的總體方案，并設(shè)計(jì)研究其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2.2總體方案設(shè)計(jì)通過結(jié)合現(xiàn)有的汽車尺寸和重量分類標(biāo)準(zhǔn)與平板車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以確定電動(dòng)平車的尺寸。查詢輪距相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并參考相關(guān)材料來確定泊車平板的總體尺寸。表2-1中顯示了德國分類標(biāo)準(zhǔn)，表2-2中顯示了輪距分類標(biāo)準(zhǔn)。表2-1德系分類標(biāo)準(zhǔn)表2-2轎車輪距分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)表2-1和表2-2中車輛尺寸參數(shù)，本文設(shè)計(jì)的泊車平板車主要針對的是家用SUV的全尺寸型號(hào)，其車輛底盤較高，對平板車高度的要求較小，而且全尺寸型的SUV大多重量較大，最高能達(dá)到2500kg以上，如途樂的七檔手自一體系列，因此設(shè)計(jì)車輛的寬度是800mm，車輛的長度是2000mm。泊車平板車的高度主要取決于所選車輪，螺旋舉升機(jī)構(gòu)，蓄電池的總高度，以及車輛在地面上方的高度。要最終確定泊車平板的負(fù)載重量，請參考轎車分類標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)的平板的重量，最終確定是3000Kg。如表2-3所示，平板車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足以下技術(shù)參數(shù)：表2-3泊車平板車技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)1外形尺寸L2000*W800*H300（mm）2平板車自重≦300kg3舉升高度≦70mm4遙控距離≦100m5額定負(fù)載≦3000kg6最大速度≦0.75m/s7驅(qū)動(dòng)電源DC48V8爬坡能力≦5°9蓄電池放電次數(shù)≥500次2.3平板車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成方案泊車平板車的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)概念，主要包括四個(gè)主要組件：驅(qū)動(dòng)模塊，舉升模塊，充電模塊和車架。控制部分則主要包括兩個(gè)主要組件：無線遙控模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。該系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖1．驅(qū)動(dòng)模塊主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、減速器等相關(guān)元器件，這是泊車平板的心臟，為它的動(dòng)作提供動(dòng)力，使其能夠自由運(yùn)動(dòng)。2．舉升模塊主要包括升降電機(jī)，舉升機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等相關(guān)元器件，以完成平板對負(fù)載的升降和轉(zhuǎn)移過程。3．充電模塊的充電裝置主要對蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池向電動(dòng)平車提供足夠的電力以確保正常運(yùn)行。4．車架則是平板車設(shè)計(jì)時(shí)的重要部分，因?yàn)轵?qū)動(dòng)模塊，舉升模塊，充電模塊和控制部分都是安裝在車架上的，以及泊車過程中汽車的重量也是由車架承擔(dān)的，因此車架部分的設(shè)計(jì)要謹(jǐn)慎認(rèn)真。5．無線遙控模塊系統(tǒng)主要以PT2262/2272單片機(jī)為核心，按鍵輸入數(shù)據(jù)，PT2262對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到PT2272，同時(shí)接收到無線信息，PT2272對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，輸出相應(yīng)的信號(hào)到主單片機(jī)AT89C52。6．電機(jī)控制模塊則是由L298N和L9110芯片作為主要的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中L298N芯片是主要對驅(qū)動(dòng)電機(jī)和舉升電機(jī)進(jìn)行控制的，而L9110芯片則是主要對轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行控制的。2.4平板車關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)方案2.4.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在擁有大量車輛的交通道路上，由于狹窄的過道，有限的空間和有限的操作環(huán)境，泊車平板車必須能夠在所有方向上行駛。驅(qū)動(dòng)模塊的選擇對于平板車的全方位移動(dòng)非常重要。1．差速器驅(qū)動(dòng)輪：由兩個(gè)對稱布置的驅(qū)動(dòng)輪組成。每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪都單獨(dú)裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)。轉(zhuǎn)向是通過控制兩個(gè)車輪使其擁有不同的速度來實(shí)現(xiàn)的，并且要求很高的控制精度。如圖2-2所示。圖2-2差速驅(qū)動(dòng)輪2．麥克納姆輪：基于全向轉(zhuǎn)向原理，該輪可以在平面中的任何方向上移動(dòng)。它的結(jié)構(gòu)是獨(dú)特的，大量的被動(dòng)搖桿沿45°方向均勻分布在車輪的外邊緣。被動(dòng)輥的軸線與車輪的圓周重合。當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)車輪時(shí)，車輪繞固定軸旋轉(zhuǎn)，并且每個(gè)被動(dòng)輥都連續(xù)移動(dòng)以形成圓柱表面。這使車輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)。如圖2-3所示，每個(gè)被動(dòng)輥都可以沿其軸自由移動(dòng)。盡管這種結(jié)構(gòu)足以進(jìn)行全向運(yùn)動(dòng)，但一個(gè)車輪在車輛行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)恒定的角度，因此在選擇麥加納姆車輪時(shí)必須考慮車輪的旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，承載能力弱。對于泊車平板車，這種結(jié)構(gòu)很可能會(huì)磨損或損壞Mecanum車輪本身。圖2-3麥克納姆輪3．舵輪驅(qū)動(dòng)：舵輪同時(shí)執(zhí)行方位驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)，通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)前后輪前進(jìn)后退驅(qū)動(dòng)，同時(shí)通過將轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝在方向輪上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。在運(yùn)動(dòng)過程中，舵輪的全向運(yùn)動(dòng)通過高度集成且高度適應(yīng)的齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)電機(jī)彼此獨(dú)立，因此控制過程不必?fù)?dān)心電機(jī)調(diào)整問題，從而使控制簡單。舵輪可用作泊車平板車的驅(qū)動(dòng)輪，以允許車輛在所有方向上移動(dòng)，從而大大增加了靈活性，并控制了泊車平板車的運(yùn)動(dòng)。實(shí)際的舵輪如圖2-4所示。圖2-4舵輪上述三個(gè)可移動(dòng)機(jī)構(gòu)，第一種機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)。第二種機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)全圓周運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)控制也非常復(fù)雜且繁重，車輪磨損更嚴(yán)重，不適合重型場合。第三種機(jī)構(gòu)可完成例如前后，左右橫向運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)不會(huì)互相干擾，易于控制運(yùn)動(dòng)。因此，選擇舵輪作為泊車平板車的驅(qū)動(dòng)部件。2.4.2輪系布局設(shè)計(jì)輪系的布局對于將平板車停在狹窄的空間以及進(jìn)行全方位運(yùn)動(dòng)尤為重要。常用的輪系組合主要是3輪，4輪和6輪結(jié)構(gòu)。分析并說明現(xiàn)有輪系布局的優(yōu)缺點(diǎn)，以設(shè)計(jì)適合本設(shè)計(jì)的輪系。選擇全面的移動(dòng)停車平板車布局。1．三輪輪系結(jié)構(gòu)三輪輪系在平板車設(shè)計(jì)中很少見，盡管構(gòu)造簡單，但穩(wěn)定性較差。而且，在平板車設(shè)計(jì)中使用三輪車會(huì)導(dǎo)致承載能力不足，連接到主機(jī)無法正常工作。因此，三輪輪系不適用于泊車場景，結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5三輪輪系結(jié)構(gòu)布局2．四輪輪系結(jié)構(gòu)與三輪輪系相比，四輪輪系有更高的承載力和更高的穩(wěn)定性，并具有廣泛的應(yīng)用范圍。四輪傳動(dòng)系統(tǒng)有4種主要類型，由主動(dòng)輪和從動(dòng)輪組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-6四輪輪系結(jié)構(gòu)布局在圖2-6（a）中顯示了四輪全驅(qū)動(dòng)。每個(gè)主動(dòng)輪都有一個(gè)轉(zhuǎn)向馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，可使平板車完成全向運(yùn)動(dòng)，但是控制復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)，所以該應(yīng)用尚未被大規(guī)模采用。在圖2-6（b）中，前后中軸線上有兩個(gè)主動(dòng)輪，用于驅(qū)動(dòng)平板車的行駛。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。一輛泊車電動(dòng)平板車，其左右兩側(cè)中央的兩個(gè)自由輪，負(fù)責(zé)承擔(dān)體重負(fù)荷和身體平衡。但平板車的受力分散在車身兩側(cè)，將驅(qū)動(dòng)輪放置在中軸線上不是最佳位置。在圖2-6（c）中，兩個(gè)主動(dòng)輪于車身的前部，兩個(gè)自由輪位于車身的后部，以保持平衡。通過這種布局可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對車身而言，卻無法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和橫向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)空間相對較小。在圖2-6（d）中，兩個(gè)主動(dòng)輪沿對角線放置在整個(gè)車輛上，以允許平板車在所有方向上移動(dòng)，從而增加了其對狹窄空間和長距離空間的適應(yīng)性?？刂七^程復(fù)雜并且具有較少的應(yīng)用，但這種布局形式極大地提高了運(yùn)動(dòng)的靈活性，并且其研究的重要性在于它涵蓋了廣泛的范圍。3．六輪輪系結(jié)構(gòu)與上述比較，六輪輪系的平衡性和穩(wěn)定性有了顯著改善，但車輪更多，并非所有車輪都可以同時(shí)降落在地面上。為了確保輪子同時(shí)在地面上，必須首先使地面平坦度更高，然后使用適當(dāng)?shù)姆桨敢源_保輪子同時(shí)在地面上，改善車身穩(wěn)定性，保證運(yùn)行過程正常進(jìn)行。綜上，本次設(shè)計(jì)的原則是用較小的電動(dòng)平板完成較大負(fù)載的泊車任務(wù)，并且平板具有全方位移動(dòng)的能力，考慮到泊車過程中的平衡與穩(wěn)定性，采用雙舵輪對角布置的四輪輪系方案。2.4.3舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉升模塊的設(shè)計(jì)非常重要，塞拉式遙控泊車平板的額定負(fù)載為3000kg。根據(jù)舉升的工作模式，它可以大致分為兩類：液壓舉升和電動(dòng)舉升。1．液壓升降機(jī)：液壓升降機(jī)是通過液壓油傳遞壓力的升降裝置。由于液體主要用作動(dòng)力傳遞介質(zhì)，因此在工作過程中容易發(fā)生漏油，壓力不足以及工作性能受到影響的情況。液壓舉升裝置的重量較大，使用其會(huì)增加電動(dòng)平板車本身的重量，與減輕電動(dòng)平車的初衷不符。2．電動(dòng)升降機(jī)：電動(dòng)升降機(jī)通過電動(dòng)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)升降機(jī)構(gòu)。與液壓升降機(jī)相比，控制電動(dòng)升降機(jī)相對容易。同時(shí)可以達(dá)到所需精度，另外，使用電動(dòng)升降機(jī)還可以大大減少泊車平板的重量。在比較和分析兩種方法后。在本文中，選擇電動(dòng)舉升作為平板車舉升的方式。通過對電機(jī)的控制保證舉升過程的穩(wěn)定性，結(jié)合無線遙控模塊中單片機(jī)系統(tǒng)的控制來控制伺服電機(jī)對平板車舉升功能的精準(zhǔn)控制。2.4.4舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)舉升機(jī)構(gòu)功能和形狀，可分為單柱，雙柱，四柱和剪式舉升機(jī)構(gòu)。單柱和雙柱舉升機(jī)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性均較差。四柱式舉升機(jī)適用于3000kg負(fù)載的平板車。剪式舉升不適宜在舉升狀態(tài)移動(dòng)。經(jīng)過分析比較，賽拉式遙控泊車設(shè)備用四柱舉升機(jī)構(gòu)作為舉升模塊。如圖2-7所示，在參考了信息和制造商的資料后，型號(hào)為SWL5T。蝸輪蝸桿升降機(jī)構(gòu)的組成：蝸輪蝸桿主要由殼體，支撐軸承，蝸輪蝸桿，梯形螺釘和導(dǎo)套等零件。工作原理如圖2-8所示。蝸輪蝸桿運(yùn)行平穩(wěn)，安靜，體積小，自鎖且易于控制是遙控電平車舉升模塊的理想選擇。圖2-7蝸輪絲桿舉升機(jī)構(gòu)圖2-8蝸輪絲桿舉升機(jī)構(gòu)工作原理2.4.5行駛受力分析1．阻力矩Mm和摩擦阻力平板車運(yùn)行時(shí)的主要摩擦力矩有：滾動(dòng)摩擦阻力矩，車輪軸承的摩擦阻力矩和附加摩擦力矩。式（2-1）式（2-2）式中Q——平板車自重：Q=300kg；G——載重量：G=3000kg；Dc——車輪直徑：Dc=0.15mR——滾動(dòng)摩擦系數(shù)：R=0.0008；u——車輪軸承摩擦系數(shù)：u=0.015；d——車輪軸承內(nèi)徑：d=0.014m；β——附加摩擦系數(shù)：β=1.5。代入得：式（2-3）式（2-4）2．坡度阻力矩Mp及阻力式（2-5）式（2-6）式中Kp——坡度阻力系數(shù)；代入得：式（2-7）式（2-8）3．平板車的靜阻力矩系數(shù)Mj，及靜阻力式（2-9）式（2-10）

第三章平板車機(jī)械部分設(shè)計(jì)根據(jù)塞拉式遙控泊車平板的設(shè)計(jì)要求，塞拉式遙控泊車平板車機(jī)械系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)模塊，舉升模塊和車架。塞拉式遙控泊車平板機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1塞拉式遙控泊車平板機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)計(jì)算與選型如表3-1所示，在計(jì)算平板車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)時(shí)，必須首先明確設(shè)計(jì)要求。結(jié)合無線遙控模塊，完成對平板車速度的精準(zhǔn)控制，必須滿足基本選型要求。

表3-1驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型設(shè)計(jì)指標(biāo)要求參數(shù)平板車自重300kg最大負(fù)載重量3000kg最高行走速度0.75m/s加速時(shí)間2s車輪直徑150mm1．電動(dòng)平板車負(fù)載參數(shù)計(jì)算電動(dòng)平板車的運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)階段：加速，恒定速度和減速。加速時(shí)速度從0增大到最大速度0.75m/s，使用時(shí)間為tA=2s（這部分是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的），減速時(shí)速度從最大速度0.75m/s減小至0時(shí)tB=2s。在勻速時(shí)以0.75m/s的速度運(yùn)行，其運(yùn)行時(shí)間由行進(jìn)距離計(jì)算得出。勻速時(shí)間設(shè)置tR=4s，根據(jù)弧長公式L=nπR/180°，得出角速度：式（3-1）2．平板車減速器參數(shù)計(jì)算假設(shè)停車平板車的驅(qū)動(dòng)輪在加速，減速和勻速下分別具有nA，nB和nR速度。假設(shè)停車平板加/減速期間的電動(dòng)機(jī)速度是恒速電動(dòng)機(jī)速度的一半，即nA=nB=nR/2式（3-2）查閱相關(guān)資料得出，前輪峰值力矩為TfA=126.23N·m，勻速運(yùn)動(dòng)力矩為TfR=20.69N·m，停止時(shí)的峰值力矩為TfB=128.73N·m；后輪峰值力矩為TbA=114.19N·m，勻速運(yùn)動(dòng)力矩為TbR＝16.87N·m，停止時(shí)的峰值力矩為車輪平均負(fù)載力矩TB為：T式（3-3）減速比i為：式（3-4）平均輸出轉(zhuǎn)速為：式（3-5）3．驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)的確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩為：式（3-6）驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為：式（3-7）額定輸出功率P為：式（3-8）取安全系數(shù)1.5，則電機(jī)功率為1376W。分析上式可得，選擇高性能稀土永磁伺服電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速r/min，工作電壓為48V，額定扭矩N·m，額定功率為Ｗ，減速比為1:42的齒輪是WisdomWheelScience生產(chǎn)的減速齒輪。4．慣量匹配已知負(fù)載為kg，分散到驅(qū)動(dòng)輪的質(zhì)量為m==750kg，車輪的半徑為0.075m，負(fù)載慣性矩J為：式（3-9）將負(fù)載慣性矩轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸的慣性矩：式（3-10）電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為8.3xl0-4kg·m2，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的慣量比為：式（3-11）所選電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以滿足選型標(biāo)準(zhǔn)。3.2轉(zhuǎn)向電機(jī)計(jì)算與選型平板車的轉(zhuǎn)向角速度為60°/s。前輪力矩為Tft=33.03N·m，后輪力矩為Tbt=48.12N·m，沖擊系數(shù)Fs2=1。結(jié)合指令操作，完成平板車多方位轉(zhuǎn)向的控制要求。計(jì)算如下：l．減速器的減速比計(jì)算轉(zhuǎn)向角速度為60°/s，設(shè)轉(zhuǎn)向電機(jī)的速度為n=3000r/min。齒輪的中心距為mm。舵輪轉(zhuǎn)速為：n式（3-12）轉(zhuǎn)向電機(jī)減速比為：式（3-13）2．齒數(shù)比i1=5.5：1則轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tz為：式（3-14）3．轉(zhuǎn)向電機(jī)的額定功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω為：式（3-15）額定輸出功率P為：式（3-16）取安全系數(shù)1.5，電機(jī)功率為75W。根據(jù)計(jì)算出的參數(shù)，選擇直流伺服電機(jī)。型號(hào)為SMH40S-0010-30AK-4DKH，工作電壓為48V，額定功率W，額定轉(zhuǎn)速r/min，額定扭矩N?m。減速比為1:24的齒輪是WisdomWheelScience生產(chǎn)的減速齒輪。4．轉(zhuǎn)向電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J電機(jī)：式（3-17）電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，則電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的慣量比為：式（3-18）所選電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量符合選型標(biāo)準(zhǔn)。3.3舉升電機(jī)計(jì)算與選型1．蝸輪絲桿螺旋傳動(dòng)計(jì)算通過對平板車的數(shù)據(jù)要求分析結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)，絲杠直徑為d=mm，螺距為p=mm，摩擦系數(shù)為f=。故摩擦角ρ為：式（3-19）螺紋升角φ為：式（3-20）當(dāng)滿負(fù)荷舉升時(shí)，根據(jù)最大舉升質(zhì)量m=750kg，計(jì)算在蝸桿蝸桿舉升機(jī)構(gòu)施加的力F如下：式（3-21）那么，此時(shí)蝸輪的扭矩為：式（3-22）根據(jù)以上算出的扭矩，設(shè)傳動(dòng)比i=8，效率η=0.7舉升機(jī)構(gòu)中蝸桿所受扭矩為：式（3-23）2．根據(jù)平板車的技術(shù)指標(biāo)和提升機(jī)構(gòu)的參數(shù)來計(jì)算驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出，選擇電動(dòng)機(jī)速度n電機(jī)＝r/min，舉升高度為h=mm，舉升時(shí)間為t=s得，舉升中絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為：q=式（3-24）絲桿的轉(zhuǎn)速n絲杠n式（3-25）總減速比i總為：i式（3-26）根據(jù)設(shè)計(jì)的蝸輪蝸桿升降機(jī)構(gòu)，當(dāng)蝸輪傳動(dòng)比為8時(shí)，減速器的減速比如下：i式（3-27）驅(qū)動(dòng)電機(jī)所受扭矩為：式（3-28）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω為：式（3-29）則驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率為：式（3-30）分析上式可得，選擇DMDC無刷直流電動(dòng)機(jī)，型號(hào)D110BLD1000-48A-30S，額定功率W，工作電壓為48V，額定轉(zhuǎn)速r/min，額定轉(zhuǎn)矩N?m。對于減速器，從DeutscheMark選擇減速比為1：3的減速器。3.4車架設(shè)計(jì)車架是遙控泊車平板中的重要組成，因?yàn)槠涫瞧桨遘囋谶\(yùn)行過程中主要承載汽車重量的部分，這使得平板車在運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性和承載能力與車架的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。車架采用邊梁式結(jié)構(gòu)，由4根主要橫梁和若干縱梁組成，平板車運(yùn)行過程中汽車的重量主要由四根橫梁承擔(dān)，整體車架為焊接，汽車的重量通過橫梁傳遞給了縱梁，由此將汽車施加的力分散，使泊車平板的運(yùn)行安全得到了保障。車架結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2車架結(jié)構(gòu)圖車架采用10#工字鋼，材料為Q235，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取安全系數(shù)為2，承受二類載荷，查表知許用應(yīng)力[σ]=93MPa，平板車運(yùn)行過程中，假設(shè)舉升點(diǎn)受力相同，求得梁上載荷為F：式（3-31）車自重，m1=kg；負(fù)載重，m2=kgn為梁數(shù)，n=4。橫梁的受力為圖3-3所示。據(jù)圖3-4分析計(jì)算得：式（3-32）根據(jù)上式，畫出剪力圖和彎矩圖，如圖3-4示。圖3-3受力圖圖3-4剪力圖與彎矩圖由上圖知，最大剪力為N，最大彎矩為N·m。已知許用應(yīng)力[σ]=93MPa，求得工字鋼的抗彎截面系數(shù)W：式（3-33）10#工字鋼，其抗彎截面系數(shù)為WX第四章平板車控制部分設(shè)計(jì)4.1控制部分硬件設(shè)計(jì)4.1.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)是平板車平穩(wěn)運(yùn)行的前提，由于設(shè)計(jì)時(shí)間有限，不可能從零開始設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿足所有要求的電路板，所以需要選擇已經(jīng)設(shè)計(jì)出來的電路板，將其拼接起來使用。本次主控部分選擇的是AT89C52芯片。圖4-1單片機(jī)最小系統(tǒng)上圖中的單片機(jī)最小系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：1．晶振電路，單片機(jī)要想工作必須有一個(gè)外部時(shí)鐘源，由晶振產(chǎn)生，具體電路為上圖中的X1、C8、C9。典型值為C8、C9為30pF，X1為12MHZ。2．復(fù)位電路，52單片機(jī)為高電平復(fù)位，電容充電的一段時(shí)間可以將復(fù)位腳的電平拉高，使單片機(jī)完成復(fù)位，R17的作用是在復(fù)位動(dòng)作完成之后將電平從高拉低使單片機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。3．ISP下載接口，電路是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的ISP下載線來設(shè)計(jì)的，可與現(xiàn)在市場上的大多數(shù)下載線兼容。4.1.2四輪驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)電機(jī)有許多常用的驅(qū)動(dòng)芯片，根據(jù)前文中選擇的電機(jī)來確定需要的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，通過篩選確定選用驅(qū)動(dòng)效率較高的L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，可以很好的滿足目前電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。四輪驅(qū)動(dòng)使用的是直流電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖4-2所示。圖4-2L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖對于以上電路圖有以下幾點(diǎn)說明：1．由圖所示可以看出，其中有兩個(gè)電源，電源VCC5V是給L298N供電的，電池電源VSS48V是給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電的。2．使用L298N工作時(shí)，其耗能較大，容易產(chǎn)生熱量，可以增加散熱片。3．上圖可以連接一個(gè)或兩個(gè)電機(jī)，圖示為連接兩個(gè)，若只連一個(gè)則用OUT1、2或OUT3、4引腳，IN和OUT的引腳是一對一的關(guān)系。4．ISENA腳和ISENB腳有的電路在中間串連大功率電阻。5．續(xù)流二極管可以消除電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的尖峰電壓，從而保護(hù)電機(jī)。4.1.3舉升驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)舉升電機(jī)與四輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)同為直流電機(jī)，雖然型號(hào)不同，但是其控制模塊可選擇與四輪驅(qū)動(dòng)模塊一樣的L298N芯片。通過電流的流向控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)舉升車輛和放下車輛的目的。4.1.4轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)L9110驅(qū)動(dòng)電路是專門為小型直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路。飽和壓降低，輸出穩(wěn)定。外部零件很少，其功能已經(jīng)整合到L9110芯片中，不僅節(jié)省了成本，而且縮小了體積，為添加其他設(shè)計(jì)空出了大量空間。在圖4-3中，J1和J4是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)輸出引腳，各控制一個(gè)DC電機(jī)。J3和J5是直接連接到單片機(jī)控制信號(hào)端口的引腳。圖4-3兩路L9110驅(qū)動(dòng)電路4.1.5無線通信模塊設(shè)計(jì)無線通信采用的是PT2262/2272無線模塊，它的子型號(hào)能夠很好的滿足目前平板車所需的無線通信。因?yàn)橐刂破桨遘嚽斑M(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，舉升，下降實(shí)現(xiàn)六種指令的發(fā)送與接收，所以選用6位數(shù)據(jù)端管腳的PT2262-IR，選擇匹配的PT2272-M6。其電路如圖4-3、圖4-4所示。其中發(fā)射模塊PT2262-IR是在遙控器中安裝的，所以選用3V的CR1620紐扣電池作為供電電源。圖4-3無線發(fā)射模塊電路圖圖4-4無線接收模塊電路圖4.1.6電源模塊設(shè)計(jì)電源是整個(gè)平板車系統(tǒng)正常工作的前提，對于平板車來說電源模塊應(yīng)注意以下內(nèi)容：1．單片機(jī)的電源一般在5V左右，和常規(guī)的電源基本沒有多大區(qū)別。2．驅(qū)動(dòng)供電與平常的穩(wěn)壓電源不同，還要考慮在長時(shí)間工作后電池出現(xiàn)電壓降低的情況，因此采用大一點(diǎn)的電源相對比較好。所以選用蓄電池給平板車供電，型號(hào)為6-DZM-22，其類型為動(dòng)力型蓄電池，輸出電壓為48V，其占用空間較小，安裝簡便。蓄電池可直接給電機(jī)供電，但是蓄電池的輸出電壓對于單片機(jī)過大，因此需要降壓模塊對其進(jìn)行降壓后接入單片機(jī)，降壓模塊如圖4-5所示。圖4-448V降壓電路圖4.2控制部分軟件設(shè)計(jì)4.2.1平板車工作流程塞拉式遙控泊車平板車的基本工作流程如下：電源開啟，遙控平板車開機(jī)，開機(jī)后平板車與遙控器進(jìn)行信號(hào)連接，信號(hào)連接成功后可用遙控器直接控制平板車。通過遙控器發(fā)送移動(dòng)指令控制平板車進(jìn)入需要進(jìn)行停車的汽車底部。發(fā)送舉升指令控制平板車將汽車舉起。發(fā)送移動(dòng)指令控制平板車將汽車快速平穩(wěn)的停入停車位。發(fā)送下降指令控制平板車將汽車放下。發(fā)送移動(dòng)指令控制平板車從汽車底部行駛出來，完成一次停車流程。4.2.2程序流程圖及相關(guān)說明塞拉式遙控泊車平板，其主要功能就是通過遙控的方式，實(shí)現(xiàn)在位置有限的情況下將汽車安全平穩(wěn)的停入車位，軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：按鍵對PT2262輸入數(shù)據(jù)，PT2262進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，發(fā)送到PT2272，PT2272將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸T89C52單片機(jī)，輸出相應(yīng)的信號(hào)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。發(fā)送程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后檢測設(shè)備是否連接成功，等待按鍵輸入。根據(jù)按鍵的不同，執(zhí)行不同的系統(tǒng)程序，之后，返回按鍵掃描狀態(tài)。流程圖如圖4-6所示。圖4-6信號(hào)發(fā)送流程圖接收程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，接收信號(hào)，之后輸出相應(yīng)的信號(hào)。根據(jù)不同的接收信號(hào)，對不同的模塊發(fā)送控制信號(hào)，執(zhí)行后返回待機(jī)狀態(tài)，流程圖如圖4-7所示。通過上述過程達(dá)到對平板車的控制。圖4-7信號(hào)接收流程圖

結(jié)束語針對擁擠道路泊車移車需求，現(xiàn)有的電動(dòng)平板車運(yùn)動(dòng)路徑單一，自動(dòng)化程度低等問題，結(jié)合任務(wù)書所提出的要求，歷時(shí)四個(gè)多月最終完成了賽拉式遙控泊車平板車設(shè)計(jì)，主要工作和研究成果如下：1．根據(jù)平板車應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能要求和技術(shù)指標(biāo)，研究了國內(nèi)外泊車平板車的結(jié)構(gòu)和類型，并結(jié)合本主題的實(shí)際需求，完成了賽拉式遙控泊車平板車的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，同時(shí)完成了泊車平板車關(guān)鍵零部件的方案設(shè)計(jì)。2．采用舵輪加萬向輪的對角四輪輪系布局設(shè)計(jì)，完成了泊車平板車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輪配置方案。3．設(shè)計(jì)了四點(diǎn)舉