地下自行车库自动控制系统的制作方法

本实用新型属于自行车存车库，特别涉及一种地下自行车库自动控制系统。

背景技术：

中国是自行车大国，自行车在中国的普及及使用率非常高。对于自行车的存储停放，目前大多采用地上自行车库的形式。较为简易的地上自行车停车库大多为车棚，其自行车停放数量较少，单个自行车占用面积大，停放杂乱无章，且容易丢失。还有一些立体式自行车存储装置，其可实现自行车的多层停放，但是其仍需占用大量的地面空间，影响市容美观。

中国专利201210171767.1中公开了一种地下自行车库，包括圆柱体侧壁、位于侧壁内的机械转台及自行车存放架，其中，机械转台包括机械手臂、旋转装置及升降装置。机械手臂、旋转装置及升降装置可实现自行车的取放、旋转及升降，从而实现将自行车放置于圆柱体侧壁内安装的支撑架上。该地下自行车库可以实现自行车的立体式多层存储，大幅增加存车数量，且不占用地面空间。

现有的地下自行车库存在储量少，对于自行车的入库检测、自动精确存取等控制系统的安全性及便捷性欠佳。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理、安全性好、运行平稳高效，具有入库安全检测、自动精确存取功能的地下自行车库自动控制系统。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种地下自行车库自动控制系统，其特征在于：包括地面上的车库亭及地面下的自行车库及控制系统，所述入库门前方的地面上部设置有入库平台及控制台，所述控制系统设置于地面上部的控制台内；自行车库包括支撑单元及中心输送单元，中心输送单元由平行的旋转导轨、同步带式升降机构、轴支撑式旋转机构及输送台构成，在旋转导轨上设置同步带升降机构，输送台由同步带升降机构驱动沿旋转导轨进行升降，旋转导轨底部设置轴支撑式旋转机构，旋转导轨及输送台由轴支撑式旋转机构驱动进行水平旋转，输送台上设置有输送台抓推机构；控制系统包括入库安全检测单元、升降控制单元、旋转控制单元、CPU及报警单元；入库平台设置有入库安全检测单元，同步带升降机构与升降控制单元控制连接，轴支撑式旋转机构与旋转控制单元控制连接，入库安全检测单元、升降控制单元、旋转控制单元与CPU连接，CPU与报警单元连接。

而且，所述的入库安全检测单元包括标签识别单元、重量检测单元、放偏检测单元，所述标签识别单元包括在控制台上安装的朝向入库平台上方的标签识别系统的RFID阅读器，RFID阅读器连接至控制系统的CPU；所述重量检测单元包括入库平台的底面安装有前部压力传感器及后部压力传感器，该前部压力传感器及后部压力传感的信号输出端连接至控制系统的CPU；所述的放偏检测单元包括位于入库平台上的车轮限位槽的前轮光电传感器组及后轮光电传感器组，所述前轮及后轮光电传感器组的信号输出端与所述控制系统的CPU连接。

而且，所述的入库安全检测单元包括车辆锁住报警单元，所述输送台抓推机构包括横架、底架、水平导轨、推拉伺服电机、抓手机构、水平同步带传动机构，底架为水平的长形架体，底架下部十字形固装横架，在底架上的长度方向固装水平导轨，在该水平导轨上滑动安装抓手机构，该底架的一端安装有推拉伺服电机，该底架上安装与抓手机构连接的水平同步带传动机构，该推拉伺服电机通过水平同步带传动机构带动抓手机构水平滑动至车库亭子的入库门处，所述车辆锁住报警单元包括所述输送台抓推机构的推拉伺服电机，推拉伺服电机与所述控制系统的CPU连接。

而且，所述的同步带式升降机构包括导轨支撑架、升降伺服电机、驱动轴、同步带及同步带齿轮，在导轨支撑架上竖直固装所述平行的旋转导轨，在该两旋转导轨的下端安装主动同步带齿轮，在两旋转导轨的上端均安装从动同步带齿轮，在该主动同步带齿轮及从动同步带齿轮上纵向绕行同步带，旋转导轨下端的主动同步带齿轮共同安装于驱动轴上，该驱动轴由所述升降伺服电机驱动；所述的升降控制单元包括旋转导轨的顶部下表面设置的竖直激光测距传感器及在输送台的上表面对应上述竖直激光测距传感器的位置的竖直反光板，竖直激光测距传感器的信号输出端连接至控制系统所述控制系统的CPU，CPU控制同步带式升降机构的升降伺服电机移动至自行车存放架所在高度。

而且，所述旋转控制单元包括输送台端部所安装的水平激光测距传感器及每一自行车存放架端部所安装的水平反光板，水平激光测距传感器的信号输出端连接至控制系统的CPU，CPU控制轴支撑式旋转机构的旋转伺服电机带动输送台旋转至对应自行车存放架的位置。

而且，所述的轴支撑式旋转机构由底部旋转支撑盘、支撑齿圈、上部旋转支撑盘、旋转支撑轴承座、旋转支撑轴承、所述旋转伺服电机及旋转驱动齿轮构成，在底部旋转支撑盘上固定安装支撑齿圈，在该支撑齿圈内安装旋转支撑轴承座，该支撑齿圈的内壁与旋转支撑轴承座的外壁之间安装有旋转支撑轴承，上部旋转支撑盘固定安装在旋转支撑轴承座上，在上部旋转支撑盘上安装旋转驱动电机，该旋转驱动电机下部的电机轴上安装旋转主动齿轮，该旋转驱动齿轮与支撑齿圈啮合传动；旋转导轨底部通过导轨支撑架与旋转驱动单元的上部旋转支撑盘固定。

而且，所述控制系统包括姿态监控单元，姿态监控单元为安装于输送台中心位置的九轴姿态检测装置，九轴姿态检测装置的信号输出端连接至控制系统的CPU。

本实用新型的优点和有益效果为：

1、本实用新型的地下自行车库自动控制系统，其自行车库包括支撑单元及中心输送单元构成，中心输送单元由平行的旋转导轨、同步带式升降机构、轴支撑式旋转机构及输送台构成，可完成自行车的抓取、升降、旋转及推送，实现将自行车对位放入自行车存放架上，地下多层的自行车存放架，可存放自行车数量大，节省地面空间；具有入库安全检测单元、升降控制单元、旋转控制单元，实现自行车入库、抓取、存放、取出动作的顺畅、安全、可靠。

2、本实用新型的地下自行车库自动控制系统，入库安全检测单元包括标签识别单元、重量检测单元、放偏检测单元，可实现自行车在入库平台上的身份识别，存车时间记录，重量检测及放偏检测，保证符合各项要求的自行车能够进行存放，保证自行车的安全入库。

3、本实用新型的地下自行车库自动控制系统，在旋转导轨的顶部下表面设置有竖直激光测距传感器，在输送台的上表面对应上述激光测距传感器的位置设置有竖直反光板，竖直激光测距传感器的信号输出端连接至控制系统，可实现输送台升降高度的检测，从而对其运行高度实现闭环控制。

4、本实用新型的地下自行车库自动控制系统，在输送台的一侧端部固装有水平激光测距传感器，在每一自行车存放架的端部安装一水平反光板，激光测距传感器的信号输出端连接至控制系统，激光测距传感器输出距离信号符合设定值时，可判断其对准自行车存放架，即可进行存放，通过旋转编码器控制旋转驱动电机的转角，实现旋转角度的精确定位。

5、本实用新型的地下自行车库自动控制系统，包括姿态监控单元，姿态监控单元采用九轴姿态检测装置，其信号输出端连接至CPU，通过九轴姿态检测装置可对输送台Y轴及R轴进行定时中断查询，获取其运行姿态参数。

6、本实用新型结的地下自行车库自动控制系统，可完成自行车的抓取、升降、旋转及推送，安全性好、运行平稳高效，具有入库安全检测、自动精确存取功能。

附图说明

图1为本实用新型的自行车库结构示意图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为本实用新型的笼式筒体的主视图；

图4为本实用新型的自行车存放架的主视图；

图5为图4的俯视图；

图6为本实用新型的同步带式升降机构的主视图；

图7为图6的局部放大图；

图8为图6的右视图(张紧轮局部)；

图9为图7的C部放大图；

图10为图6的B-B向剖视图；

图11为本实用新型的输送台的结构示意图；

图12为图11的D部放大图；

图13为图12的俯视图；

图14为图11的E部放大图；

图15为图2的D部放大图；

图16为本实用新型的地面上车库亭子部分的结构示意图；

图17为图17的左视图。

图18为本实用新型的控制系统的原理方框图；

附图标记说明

1-自行车、2-地上支架、3-旋转导轨、4-笼式筒体、5-同步带式升降机构、6-输送台抓推机构、7-输送台、8-轴支撑式旋转机构、9-自行车存放架、10-立柱、11-横梁、12-送入段、13-保持段、14-敞口、15-固定端、16-斜坡、17-送入段侧面、18-V型导槽、19-送入段底面、20-连接柱、21-固定外侧壁、22-弹性夹持内侧壁、23-另一V型导槽、24-弹簧柱、导轨顶杆25、从动同步带齿轮26、同步带27、导轨支撑架28、升降伺服电机29、弹性联轴器30、主动同步带齿轮31、驱动轴32、张紧轮安装座33、张紧轮34、安装轴35、弹性支架36、37-底部旋转支撑盘、38-支撑齿圈、39-旋转支撑轴承、40-旋转支撑轴承座、41-上部旋转支撑盘、42-旋转驱动齿轮、43-旋转伺服电机、44-推拉伺服电机、45-底架、46-水平导轨、47-车轮导槽、48-水平同步带传动机构、49-横架、50-拉杆、51-胶垫、52-夹板、53-驱动臂、54-连杆、55-丝杆连接座、56-丝杆、57-抓手滑座、58-抓手电机、59-压簧、60-平行连杆、61-包胶轴承、62-升降滑座、63-同步带固定座、64-激光测距传感器、65-反光板。水平激光测距传感器66、水平反光板67、68-车库亭子、69-入库门、70-报警单元、71-控制台、72-自行车入库平台、73-前轮位置检测传感器组、74-车轮限位槽、75-后轮位置检测传感器组、76-反光板、77-RFID阅读器、78-前部压力传感器、79-后部压力传感器。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种地下自行车库自动控制系统，包括地面上的车库亭68及地面下的自行车库及控制系统，车库亭子正面设置有入库门69，入库门前方的地面上部设置有入库平台72及控制台71，控制系统设置于地面上部的控制台内；自行车库包括支撑单元及中心输送单元。

其中，自行车库的结构为：由拼装式支撑单元及中心输送单元构成，拼装式支撑单元由笼式筒体4及圆周设置在笼式筒体内壁朝向轴心位置的多层自行车存放架9构成；在该拼装式支撑单元的轴心位置安装所述中心输送单元，该中心输送单元由平行的旋转导轨3、同步带式升降机构5、轴支撑式旋转机构8及输送台7构成，在旋转导轨上设置同步带升降机构，输送台由同步带升降机构驱动沿旋转导轨进行升降，旋转导轨底部设置轴支撑式旋转机构，旋转导轨及输送台由轴支撑式旋转机构驱动进行水平旋转，输送台上设置有输送台抓推机构6。旋转机构顶部与地上支架2轴承连接。地上部分设置将地上支架遮挡的自行车亭，自行车亭设置有自行车1进出口。

笼式筒体由多根立柱10及多层的多边形横梁单元构成，多边形横梁单元由多根水平横梁11连接于相邻立柱之间形成，一多边形横梁单元与其相邻层的多边形横梁单元之间的距离大于自行车的高度。多边形横梁单元为10-20边形。本实施例中为15边形。立柱采用截面为方形的方钢，横梁的两端制有安装斜面，该斜面角度a可根据多边形的边数计算而得。该安装斜面上焊接固定安装板，横梁的两端通过安装板螺栓固装于其两侧立柱的两侧壁。

自行车存放架包括整体为槽型的托架体，该托架体由送入段12及保持段13构成，送入段由两送入段侧面17及送入段底面19构成，保持段由保持段侧面及保持段底面构成。

托架体的送入段端部为供自行车车轮进入的敞口14，保持段端部固装有与车库筒体固定的固定端15；送入段的底面略高于保持段的底面，且送入段与保持段的底面之间制有斜坡16。当自行车被抓取送至该支撑托架上使，其车轮部分自送入段的敞口处进入，被推送至保持段，由于送入段的底面略高于保持段底面，从而实现当抓取装置收回时，自行车仍然能够限位于支撑托架上，防止其倒退滑脱。

保持段的侧壁包括两固定外侧壁21及两弹性夹持内侧壁22，固定外侧壁与送入段的侧壁通过连接柱20固装且宽度大于送入段，两弹性夹持内侧壁的外端与固定外侧壁一端的连接柱固定，两弹性夹持内侧壁的内端与固定外侧壁的另一端均采用弹簧柱24弹性安装。两弹性夹持内侧壁的内端可实现弹性夹持。通过该两个弹性夹持内侧壁，可实现进一步对不同宽度车轮自行车的夹持保护，自行车的车轮部位可顺畅的自送入段滚动至保持段，并通过弹性夹持内侧壁进行夹持。

托架体的送入段的底面内部固装有V型导槽18。托架体的保持段的底面内部固装有另一V型导槽23。可实现对自行车车轮的导向及限位作用，防止其与侧壁发生剐蹭，保证其顺畅送入托架体的保持段。

同步带式升降机构包括其包括导轨支撑架28、升降伺服电机29、驱动轴32、同步带27及同步带齿轮。在导轨支撑架上竖直固装两根旋转导轨，该两根旋转导轨顶端采用导轨顶杆25焊接固定。在该两旋转导轨的下端安装主动同步带齿轮31，在两旋转导轨的上端均安装从动同步带齿轮26，在该主动同步带齿轮及从动同步带齿轮上纵向绕行同步带，旋转导轨下端的主动同步带齿轮共同安装于驱动轴上，该驱动轴由所述升降伺服电机驱动。升降伺服电机与所述驱动之间采用弹性联轴器30连接。本输送台升降机构的导轨支撑架固装在轴支撑式旋转机构8上。

旋转导轨采用方钢结构，主动同步带齿轮及从动同步带齿轮位于旋转导轨的侧壁位置，同步带绕行于主动同步带齿轮及从动同步带齿轮上并穿行于旋转导轨的一侧壁外及内部。

在两旋转导轨下部均安装有张紧调节轮机构，该张紧调节轮机构由张紧轮安装座33、张紧轮34及弹性支架36构成，安装座与旋转导轨固装，张紧轮的安装轴35两端滑动安装于安装座上，张紧轮的安装轴两端部通过弹性支架进行张紧安装，所述同步带绕行经过该张紧轮。

该旋转驱动单元由底部旋转支撑盘37、支撑齿圈38、上部旋转支撑盘41、旋转支撑轴承座40、旋转支撑轴承39、旋转伺服电机43及旋转驱动齿轮42构成。在底部旋转支撑盘上固定安装支撑齿圈，在该支撑齿圈内安装转动安装有旋转支撑轴承座，该支撑齿圈的内壁与旋转支撑轴承座的外壁之间安装有旋转支撑轴承，上部旋转支撑盘固定安装在旋转支撑轴承座上，在上部旋转支撑盘上水平固装导轨支撑架，在导轨支撑架上纵向安装两根旋转导轨。在上部旋转支撑盘位于外侧的位置安装旋转驱动电机，该旋转驱动电机下部的电机轴上安装旋转主动齿轮，该旋转驱动齿轮与支撑齿圈啮合传动；旋转导轨底部通过导轨支撑架与旋转驱动单元的上部旋转支撑盘固定。旋转伺服电机驱动旋转驱动齿轮绕支撑齿圈旋转，从而使上部旋转支撑盘带动旋转导轨进行旋转，完成旋转导轨带动输送台的旋转运动。

该输送台其包括横架49、底架45、水平导轨46、推拉伺服电机44、抓手机构9、水平同步带传动机构48，底架为水平的长形架体，底架下部十字形固装横架，在底架上的长度方向固装水平导轨，在该水平导轨上滑动安装抓手机构，该底架的一端安装有推拉伺服电机，该底架上安装与抓手机构连接的水平同步带传动机构，该推拉伺服电机通过水平同步带传动机构带动抓手机构水平滑动。底架沿长度方向的中间位置设置有车轮导槽47，车轮导槽的两侧对称设置水平导轨。

在横架的横向两端固装有升降滑座62，该升降滑座三面包围于对应的竖直的旋转导轨3上，该升降滑座的三面均安装有滚动于旋转导轨表面的包胶轴承61，底架通过该升降滑座导向运行于旋转导轨之间。

在两个升降滑座的两端部还固装有同步带固定座63，旋转导轨上的升降同步带与该同步带固定座固定，底架由升降同步带带动进行升降。底架的两端部与所述升降滑座的两侧之间对称连接有拉杆50，该拉杆的端部均安装有杆端轴承。

抓手机构由抓手滑座57、抓手电机58、丝杆56、对称的抓手臂构成。抓手滑座滑动安装于水平导轨上，在抓手滑座上固定安装抓手电机，该抓手电机的电机杆连接丝杆，该丝杆的端部连接对称的抓手臂的尾端，对称的抓手臂由抓手电机通过丝杆驱动打开及闭合。

对称的抓手臂均主要由驱动臂53、夹板52、平行连杆60、丝杆连接座55构成，驱动臂的后端铰接安装于抓手滑座上，驱动臂的前端与夹板之间铰装平行连杆，两驱动壁的中部通过连杆54连接至丝杆连接座，丝杆连接座移动安装于抓手滑座上，且丝杆连接座啮合安装丝杆。

平行连杆中的一个连杆上与夹板之间安装有压簧59。夹板内侧表面设置有胶垫51。

控制系统包括入库安全检测单元、升降控制单元、旋转控制单元、CPU及报警单元；入库平台设置有入库安全检测单元，同步带升降机构与升降控制单元控制连接，轴支撑式旋转机构与旋转控制单元控制连接，入库安全检测单元、升降控制单元、旋转控制单元与CPU连接，CPU与报警单元70连接。

入库安全检测单元包括标签识别单元、重量检测单元、放偏检测单元，标签识别单元包括在控制台上安装的朝向入库平台上方的标签识别系统的RFID阅读器77，RFID阅读器连接至控制系统的CPU。RFID阅读器采用ZTX-G20超高频RFID一体式固定阅读器，读取距离为1～6米，读卡距离远；采用集成一体式设计，内置8DBi增益圆极化天线；安装简便，防护等级高，防水防尘设计，室外和室内通用；EPCass1Gen2，ISO18000-6C/6B国际化标准接口协议；支持902～928MHz，865～868MHz通讯频率可选，跳频工作模式，环境适应性强。

重量检测单元包括入库平台的底面安装有前部压力传感器78及后部压力传感器79，该前部压力传感器及后部压力传感的信号输出端连接至控制系统的CPU。

放偏检测单元包括位于入库平台上的车轮限位槽74的前轮光电传感器组73及后轮光电传感器组75，前轮及后轮光电传感器组的信号输出端与控制系统的CPU连接。光电传感器组安装于车轮限位槽的一侧内壁，在车轮限位槽的另一侧内壁对应光电传感器组中的每个光电传感器位置均固装有反光板76。

入库安全检测单元包括车辆锁住报警单元，车辆锁住报警单元包括所述输送台抓推机构的推拉伺服电机，推拉伺服电机与控制系统的CPU连接。

升降控制单元包括旋转导轨的顶部下表面设置的竖直激光测距传感器64，及在输送台的上表面对应上述竖直激光测距传感器的位置的竖直反光板65，竖直激光测距传感器的信号输出端连接至控制系统所述控制系统的CPU。可实现输送台升降高度的检测，从而对其运行高度实现闭环控制。CPU输出控制信号控制升降伺服电机。通过反光板增大光线反射效果，提高激光仪检测精确性。激光测距传感器采用ZLDS100型。

旋转控制包括输送台端部所安装的水平激光测距传感器66及每一自行车存放架端部所安装的水平反光板67，水平激光测距传感器的信号输出端连接至控制系统的CPU，CPU控制轴支撑式旋转机构的旋转伺服电机带动输送台旋转至对应自行车存放架的位置。

控制系统还包括姿态监控单元，姿态监控单元为安装于输送台中心位置的九轴姿态检测装置，九轴姿态检测装置的信号输出端连接至控制系统的CPU。九轴姿态检测装置为MPU92509DOF九轴姿态检测装置，MPU-9250模块包含三轴陀螺仪、三轴加速度、三轴磁场；使用芯片：MPU-9250；供电电源：3-5v(内部低压差稳压)；通信方式：标准IIC/SPI通信协议；芯片内置16bitAD转换器,16位数据输出；陀螺仪范围：±25050010002000°/s；加速度范围：±2±4±8±16g；磁场范围：±4800uT，可向CPU反馈输送台的运行姿态。Y轴偏差范围为10mm，R轴偏差为0.7度。

本发明的地下自行车库自动控制系统的控制过程包括如下步骤：

1).入库安全检测：

A.重量检测：重量检测单元自动检测自行车入库平台上方重量，辨别是否有人站立，检测重量需处于安全区间时入库门方能打开；压力传感器设定一个上限值和一个下限值，当检测到自行车的重量超过压力传感器的上限值时，传感器输出一个过重信号，系统将会检测到这一个过重信号，则系统报警，系统停止操作，然后返回到初始状态；当自行车的重量没有超出压力传感器的称重范围时，系统将进行下一步操作。

B.放偏检测：放偏检测单元自动检测自行车入库平台上方的自行车前轮及后轮是否都放置入车轮限位槽内；用位置感应器来判断自行车是否放偏，当位置感应器没有感应到轮子时，则表明自行车放偏，系统报警，系统无法正常运行，然后继续检测；当位置传感器感应到轮子时，此时自行车位置正确，系统进行下一步操作。

C.锁住检测：锁住检测单元自动检测自行车是否上锁；锁住检测自动检测自行车是否上锁的方法为：通过CPU给伺服电机的旋转编码器设定一个位置指令，然后给伺服电机发送位置指令，旋转编码器反馈位置，当反馈位置大于设定的值时，说明自行车车轮转动，摩擦力小，此时自行车没有锁住，则系统进行下一步；当反馈位置的值小于设定的值时，说明此时自行车的摩擦力大，说明此时自行车处于锁住状态，系统返回，并进行报警。

以上步骤未检测通过，则报警；以上步骤均检测通过，则进行下一步；

2)个人自行车存入：

人将自行车放入存取操作台区域后离开，使用城市一卡通在人机界面上进行刷卡确认信息，界面将显示存车者一卡通信息，当前存车时间，确认无误后按下存车键，人机界面得到存车信号，进行存车；

对于公用自行车：进行标签识别：通过地面上入库平台一侧的控制台上所安装的标签识别单元对待存入自行车进行读取，当没有检测到标签时，系统继续检查；当检测到有标签时，则系统开始读标签中的数据身份，然后判别标签数据身份是否合法，当检测的标签身份不合法时，此时系统开始提示错误标签报警，系统不做其他操作；当检测的标签合法时，系统进行下一步动作。

3).自行车抓取：

入库安全检测完成，输送台抓推机构的抓手机构的抓手电机动作，抓取自行车前轮，并将其移动至输送台；

4).库位选择：

控制系统的升降控制单元及旋转控制单元控制输送台竖直升降并旋转至于一个自行车存放架对准，抓推机构推送自行车将其送至自行车存放架，记录该库位坐标；

5).自行车取出：

人站在人体安全区域内，使用城市一卡通在人机界面上进行刷卡确认信息，控制系统的升降控制单元及旋转控制单元控制输送台竖直升降并旋转至该存车库位坐标，自行车抓取并取出，稳定放至于入库平台区域中。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。