一种基于物联网的可扩展立体停车平台的制作方法

本发明涉及自动化立体停车设备，具体涉及一种基于物联网的可扩展立体停车平台；是一种能够实现自动存取，实时预约，车位共享的智能化立体停车设备。

背景技术

现如今，随着国民经济收入的显著提高，私家车的拥有量正在快速上升，据统计，截至2017年底，全国机动车保有量达3.10亿辆，其中汽车2.17亿辆；汽车保有量超2.17亿辆，7个城市保有量超300万辆。如此快速的汽车用量增长趋势导致了一系列的停车问题。

(1)车位少。现如今城市小区因为车位缺少的问题导致了许多车主在花费大量时间寻找车位无果的情况下将车停在人行道上或者道路旁边的不良现象。

(2)高价位。正因为小区车辆数目的急剧增长与车位发展迟滞之间的矛盾，导致了当代“天价车位”的出现，给居民生活造成了极大的压力。

(3)利用率低。一方面，立体车库建设中规划不合理导致土地利用率低；另一方面，由于供应无效而导致的需求堰塞，大量车位在一些时段闲置所产生的“供需错配”问题，使得现有车位的利用率低。

(4)交通堵塞。许多车因为车位缺少而无奈停在路边，一方面使得小区的环境状况极差，另一方面也影响正常的交通运输。

随着停车问题的日益严重，发展立体停车库成为推动解决“停车难”的重要举措，根据相关调查发现，截止到2018年年底，国内新增车库项目2459个，同比增长11％，新增泊位81万个，同比增长12.2％。2010-2017年我国新建立体停车库项目呈逐年上升趋势，很多汽车行业也转型进入机械式停车设备行业。可谓是发展迅猛，竞争激烈。高的空间利用率，存取效率，存取智能化，成为立体停车库行业竞争的发力点。

经过调研，目前市场上主要有以下几类立体停车设备：

(1)如cn201410492902.1所展示的简易升降式。其特点为车位数量较少，属于小型化停车设备，且二层车位需要一层避让，效率较低，主要应用于拥有多台车的家庭用户。

(2)如cn201711393283.0所展示的垂直循环式。其地面占用面积较小，空间利用率较高，但因为每次停取车都需要转动整个系统，故存取车效率低，能耗高。

(3)如cn201711348288.1所展示的升降横移式。以车辆抬升和侧向横移两种运动方式为主，结合一定的停放安全装置；其空间利用率一般，存取效率较高，具有很大的可扩展性，适用于小区及一般商场。

(4)如cn201610797844.2所展示的巷道堆垛式。车位数量多，适用于大型停车场。

此外，停车难的另一大问题还来源于车主难以实时了解到各车库车位资源的位置信息和到达路径，造成车位利用存在一种供需错配问题，因此借助目前的物联网系统平台实现车位资源的智能化管理对于解决停车难问题具有重要意义。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于物联网的可扩展立体停车平台，以动力机构集约为设计思路，以小区道路两侧为设计环境，以保证存取效率和空间利用率为设计目标，力争实现机械系统的高扩展性，运行安全及便捷性，同时引入物联网系统，实现预约存取，车位共享等功能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于物联网的可扩展立体停车平台，包括：用于提供车辆存放的三层停车平台2，将车辆抬升或下降至某一层位的升降装置4，运送车辆至某一具体车位前的横移装置3，将车辆运送进指定车位并稳定停放的载车板5，一个用于用户操作的人机交互面板1，以及系统的控制箱12。

所述的控制箱12通过螺栓连接安装在三层停车平台2的后侧，其采用stm32单片机作为主控芯片，还包括用于运动控制的电机驱动模块；所述的stm32主控芯片主要实现车库控制系统，其通过wifi模块或4g模块接入互联网，接入云端服务器，云端服务器进行集中的车位资源信息存储与管理调配，同时为停车客户提供手机微信等服务接口，保证了客户可以随时随地预约存车、取车；其次stm32主控芯片也与人机交互面板1中的串口显示屏67进行通信，接受客户从显示屏上发出的存取车操作信息，转换成对电机驱动模块的控制指令，完成具体运动控制，同时，人机交互面板1上的摄像头模块70用来扫描手机端的二维码，指纹模块71进行用户身份确认，皆通过串口通信与主控芯片进行信息交互，实现车库系统的智能化存取。

所述的三层停车平台2包括主体结构框架6、辅助载车板5直线进给的导轨8和承载车辆的梳齿结构7；主体结构框架6由x,y,z三个方向上的工字钢以及用于装载梳齿结构7的方钢9组成，主体结构框架6上方和周围三侧通过螺栓分别连接了顶棚10和保护侧板11，其前后两个x轴向的工字钢通过螺栓连接安装有导轨8，梳齿结构7安装在方钢9上。

所述的升降装置4包括支撑主架14和升降板33，支撑主架14两侧均由z轴向角钢和x轴向角钢经焊接得到，x轴向前后角钢之间又焊接有导轨连接板15，支撑主架14通过焊接在两侧导轨连接板15上的连接方钢28固结成一体，同时支撑主架14正面y轴向上两侧角钢之间又通过一个连接板27焊接在一起，支撑主架14下端通过螺栓连接装有四个载重滚轮13；

支撑主架14的背侧角钢上固定有电机支撑板16，电机支撑板16上连接第一电机座18，第一电机24连接在第一电机座18上；支撑主架14上方沿y轴向安装传动主轴19，传动主轴19的两段装有轴承座17，轴承座17与主架14固定；传动主轴19沿y轴两侧装有第一链轮25，其中心位置装有第三链轮20，通过轴套23轴向定位；第三链轮20和第一电机24输出轴上安装的第四链轮21，以及第二链条22构成一个链条传动机构，将第一电机24输出转换到主轴19上；第一链轮25也与主架14下方的第二链轮30以及相对应的第一链条26构成升降链条传动机构；导轨连接板15上固定有升降导轨29，升降导轨29上装有承载滑块31，升降导轨29与承载连接板32通过螺栓相连，承载连接板32通过螺栓与升降板33固接，承载连接板32又通过螺栓连接固定在第一链条26上，使升降板33能够跟随第一链条26完成升降功能。

所述的横移装置3包括沿x轴向安装在三层停车平台1上的横移导轨36和传递动力的第三链条35；横移导轨36通过螺栓固定在三层停车平台2的z轴向的四段工字钢上，横移导轨36上装有移动滑块37，移动滑块37固定在滑块连接板38上，再通过滑块连接板38以螺栓连接方式固定到升降装置4的支撑主架14上，使升降装置4可沿x轴向横移；第二电机40安装在第二电机座41上，第二电机座41又通过螺栓连接到三层停车平台2后方；第二电机40的输出轴上安装有第五链轮39，其与安装在三层停车平台2前方的第六链轮34通过第三链条35相接，构成一个横移链条传动机构；支撑主架14通过滑块连接板38固定在第三链条35上，完成运动传递。

所述的载车板5包括将车辆送进到指定车位的滚轮进给装置42、实现车辆稳定停放在该车位上的梳齿升降装置45以及由型钢焊接而成的支撑运动机构的承载架44；其中在滚轮进给装置42中，滚轮59通过花键安装在滚轮轴60两端，滚轮轴60又安装在两个带有轴承的支座61上，且其中间装有第七链轮65；第七链轮65，第四链条64，及装在第三电机62输出轴上的第八链轮63形成动力传动，第三电机62装在第三电机座66上，支座61和第三电机座66皆通过螺栓连接固定在底板43上，底板43又通过焊接固定在承载架44两侧的型钢上；梳齿升降装置45由第四电机57提供动力，第四电机57装在第四电机座58上，第四电机座58又通过螺栓连接固定在承载架44的中间型钢上，第四电机57通过装在其输出轴上的第九链轮54，第五链条55以及装在正反纹丝杠52上的第十链轮56将动力传给与正反纹丝杠52两侧相配合的螺母51上，正反纹丝杠52装在丝杠轴承座53上，通过螺栓固定在承载架44上。

与正反纹丝杠52两侧配合的螺母51通过螺栓固定在滑动板50上，滑动板50与底板43的凹槽形成一个滑动副，滑动板50上又规则对称地装有四个转动支撑座46，推动杆47的下孔位与转动支撑座46形成一个转动副，上孔位与梳齿49的连接轴形成另一个转动副，两侧对称的梳齿49通过装在连接轴上的联轴器48固定在一起，实现梳齿49在螺母51推动下沿承载架44左右两侧竖直升降。

所述的人机交互面板1用于用户操作，通过螺栓连接安装在三层停车平台2的前侧。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用了一层垂直于道路方向布置，二三层平行于道路方向布置的空间区域布局，充分利用了普通停车位与立体车库停车位之间的空间差(二三层车位不用考虑车辆的进入方式以及车门的开启空间，其所占面积较小)。

(2)本发明注重三层停车平台2相对于各运动装置的独立性，将升降装置4、横移装置3、载车板装置5等集约在车架一侧，使车架不具运动机构，只设置了传感器，便于系统根据小区实际需求进行车位扩展

(3)本发明设计了一款创新型梳齿升降机构，通过丝杠螺母驱动一个平行四边形机构来将第四电机58的回转运动转换为螺母51的平移运动再转换为梳齿49的升降运动，稳定可靠，且可以实现反向自锁，保证车辆安全性。

(4)本发明设计了两种运行模式：正常工作模式和故障维护模式；正常工作模式下，系统各机构按照程序设定运动路径和执行时间，自动执行存取车操作，并在完成后，自动复位到起始存放位置；故障维护模式下，各运动机构相互独立，操作人员通过红外遥控器控制各个机构的运动，人工实现存取车操作。其次，维修人员可以手控操作系统到达指定位置，便于维修维护。

(5)本发明引入了物联网系统。由stm32主控芯片通过wifi模块或4g模块接入互联网，接入到用于资源信息存储与管理调配的云端服务器，提供微信、app等多种服务接口，实现了预约存取，车位共享等功能，解决了停车难的一大因素-供需错配问题。

附图说明

图1为本发明的轴侧图。

图2为三层停车平台2的轴侧图。

图3为升降装置4的轴侧图。

图4为横移装置3的轴侧图。

图5为载车板5的轴侧图。

图6为梳齿升降装置45的结构简图。

图7为滚轮进给装置42的结构简图。

图8为人机交互面板1的结构简图。

图9为物联网系统信息流示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

参照图1和图2，一种基于物联网的可扩展立体停车平台，包括：用于提供车辆存放的三层停车平台2，将车辆抬升或下降至某一层位的升降装置4，运送车辆至某一具体车位前的横移装置3，将车辆运送进指定车位并稳定停放的载车板5，一个用于用户操作的人机交互面板1，以及系统的控制箱12。

参照图2，所述的三层停车平台2包括主体结构框架6、辅助载车板5直线进给的导轨8和承载车辆的梳齿结构7；主体结构框架6由x,y,z三个方向上的工字钢以及用于装载梳齿结构7的方钢9组成，主体结构框架6上方和周围三侧通过螺栓分别连接了顶棚10和保护侧板11，其前后两个x轴向的工字钢通过螺栓连接安装有导轨8，用于载车板5的直线进给。梳齿结构7安装在方钢9上，其用于车辆存放。相对于车位底面有高度限制，通过螺栓等机械连接进行精确定位，然后焊接固结。

参照图3，所述的升降装置4包括支撑主架14和升降板33，支撑主架14主要用来辅助升降机构及承载相关传动机构，其两侧均由z轴向角钢和x轴向角钢经焊接得到，x轴向前后角钢之间又焊接有导轨连接板15，支撑主架14通过焊接在两侧导轨连接板15上的连接方钢28固结成一体，同时支撑主架14正面y轴向上两侧角钢之间又通过一个连接板27焊接在一起，加强了支撑主架14的整体刚度，支撑主架14下端通过螺栓连接装有四个载重滚轮13，其方便升降装置4整体的侧向横移。

支撑主架14的背侧角钢上先通过螺栓固定有电机支撑板16，之后再加以焊接强化。电机支撑板16上通过螺栓连接第一电机座18，第一电机24通过螺栓连接在第一电机座18上；支撑主架14上方沿y轴向安装传动主轴19，传动主轴19两段装有轴承座17，轴承座17以螺栓连接方式与主架14固定。传动主轴19用来传递运动和力矩，传动主轴19其沿y轴两侧装有第一链轮25，其中心位置装有第三链轮20，通过轴套23轴向定位；第三链轮20和第一电机24输出轴上安装的第四链轮21，以及第二链条22，构成一个链条传动机构，将第一电机24输出转换到主轴19上；第一链轮25也与主架14下方的第二链轮30以及相对应的第一链条26构成升降链条传动机构；升降导轨29通过螺栓连接固定在导轨连接板15上，升降导轨29上装有承载滑块31，升降导轨29与承载连接板32通过螺栓相连，承载连接板32通过螺栓与升降板33固接，承载连接板32又通过螺栓连接固定在第一链条26上，使升降板33能够跟随第一链条26完成升降功能。

参照图4，所述的横移装置3包括沿x轴向安装在三层停车平台1上的横移导轨36和传递动力的第三链条35；横移导轨36沿x轴向布置，通过螺栓固定在三层停车平台2的z轴向的四段工字钢上，横移导轨36上装有移动滑块37，移动滑块37固定在滑块连接板38上，再通过滑块连接板38以螺栓连接方式固定到升降装置4的支撑主架14上，使升降装置4可沿x轴向横移；第二电机40安装在第二电机座41上，第二电机座41又通过螺栓连接到三层停车平台2后方；第二电机40的输出轴上安装有第五链轮39，其与安装在三层停车平台2前方的第六链轮34通过第三链条35相接，构成一个横移链条传动机构；支撑主架14通过滑块连接板38固定在第三链条35上，完成运动传递。

参照图5，所述的载车板5主要包括将车辆送进到指定车位的滚轮进给装置42，实现车辆稳定停放在该车位上的梳齿升降装置45，以及由型钢焊接而成的并和底板43固定的支撑运动机构的承载架44。

参照图7，其中在滚轮进给装置42中，滚轮59通过花键安装在滚轮轴60两端，滚轮轴60安装在两个带有轴承的支座61上，且其中间装有第七链轮65。第七链轮65，第四链条64，及装在第三电机62输出轴上的第八链轮63形成动力传动，第三电机62装在第三电机座66上，支座61和第三电机座66皆通过螺栓连接固定在底板43上，底板43又通过焊接固定在承载架44两侧的型钢上。梳齿升降装置45由第四电机57提供动力，第四电机57装在第四电机座58上，第四电机座58又通过螺栓连接固定在承载架44的中间型钢上，第四电机57通过装在其输出轴上的第九链轮54，第五链条55以及装在正反纹丝杠52上的第十链轮56将动力传给与正反纹丝杠52两侧相配合的螺母51上，正反纹丝杠52装在丝杠轴承座53上，通过螺栓固定在承载架44上。

参照图6，与正反纹丝杠52两侧配合的螺母51通过螺栓固定在滑动板50上，滑动板50与底板43的凹槽形成一个滑动副，滑动板50上又规则对称地装有四个转动支撑座46，推动杆47的下孔位与转动支撑座46形成一个转动副，上孔位与梳齿49的连接轴形成另一个转动副，两侧对称的梳齿49通过装在连接轴上的联轴器48固定在一起，实现梳齿49在螺母51推动下沿承载架44左右两侧竖直升降。

参照图8，所述的人机交互面板1用于用户操作，通过螺栓连接安装在三层停车平台2的前侧，包括操作显示屏67，摄像头模块70，指纹模块71，启动开关69和急停开关68，各自功能分别是：

(1)操作显示屏67：客户与车库系统的信息交互媒介，用户在显示屏上进行存取车操作及相关信息的显示。

(2)摄像头模块70：扫描客户手机端的验证二维码，直接进行登录身份验证，无需人工输入。

(3)指纹模块71：用于系统登录和车库在自动执行存取车操作前的用户身份确认。

(4)启动开关69：用于车库系统的电源开启或关停操作。

(5)急停开关68：实现紧急停止，起到安全防护作用。

参照图2和图9，所述的控制箱12通过螺栓连接安装在三层停车平台2的后侧，其采用stm32单片机作为主控芯片，其它还包括用于运动控制的电机驱动模块。stm32主控芯片主要实现车库控制系统，其通过wifi模块或4g模块接入互联网，接入云端服务器，同时为停车客户提供手机微信等服务接口，保证了客户可以随时随地预约存车、取车。其次stm32主控芯片也与人机交互面板1中的串口显示屏67进行通信，人机交互面板1上的摄像头模块70，指纹模块71皆以串口通信方式与主控芯片进行信息交互。

本发明的具体工作流程如下：

存车流程：

第一步，用户通过手机微信登录车库系统，查找附近空闲车位进行预约，微信接口程序会将客户的预约信息上传至云端服务器，云端服务器进行集中的车位资源信息存储与管理调配，为客户分配相应车位，选定后客户在规定时间内到达所预约车位，通过扫描二维码完成身份验证，进行现场存车操作；或者用户可以直接操作车库所配备的人机交互面板1，选择好车位并进行指纹验证，车位信息和验证信息通过面板传给stm32主控芯片，其控制相关机构开始执行存车操作。

第二步，用户在人机交互面板1上进行相关操作后，在主控芯片控制下，系统运行，将载车板5取至地面，而后用户将车开至载车板5上并完成后续指令操作。在系统发出存车命令之后，机械装置便开始运行，首先升降板33通过链传动将车抬升至对应层位，其次，升降装置4在横移装置3的链条带动下将车停在对应车位入口处，然后载车板5的滚轮进给装置42开始运动，完成入库操作，最后，载车板5上的平行四边形机构运动，实现梳齿49下降，将车稳定停放在梳齿7上，完成存车操作。

第三步，存车成功之后，人机交互面板1上会显示出结束信息，同时系统会自动检测是否还有用户有存车请求，若无，机械装置便会自动归位，相关机构会移动到初始位置以等待下一次运行。

取车流程：

第一步，用户通过手机微信登录车库系统，选择取车时间段进行预约，微信接口程序会将客户的预约信息上传至云端服务器，云端服务器在该时段做好取车准备，客户在选定时间内到达车库，通过录入指纹或扫描二维码完成身份验证，可直接取车，无需等待；或者用户也可以操作人机交互面板1直接进行取车，人机交互面板1将取车信息传至主控芯片形成取车指令，控制机构运行开始取车操作。

第二步，用户在人机交互面板1上进行取车操作后，机械装置便开始运行，开始时，升降装置4位于初始位置，若预取车位在同一层，则升降装置4在横移装置3带动下，直接横移至预取车位入口处，若预取车位和初始位置不在同一层，则升降装置4向路面方向横移直至碰到限位开关，而后，升降板33通过链传动将车抬升至对应层位，其次，升降装置4再在横移装置3的带动下横移至预取车位入口处，然后载车板5的滚轮进给装置42开始运动，完成入库操作，接着，载车板5上的平行四边形机构运动，实现梳齿49的上升，将车稳定停放在梳齿7上，最后，车辆随载车板5移出车位，随横移装置3移出车库至路面上空，通过升降板33下降到路面，完成取车操作。

第三步，取车成功之后，人机交互面板1上会显示出结束信息，同时系统会自动检测是否还有用户有取车请求，若无，机械装置便会自动归位，相关机构会移动到初始位置以等待下一次运行。

本发明的机械部分工作原理为：

存车时，第一步是升降装置4以及载车板5运行到存车起始位置。升降装置4从待机位置向道路方向横移，接触横移方向限位开关后，第二电机40停止运动。与此同时，第一电机24开始运动，升降板17下降，同时第四电机58运动，通过正反纹丝杠52，推动平行四边形机构底边滑动板50向内移动，梳齿49下降，接触到限位开关后，第四电机58停止运动，升降板33接触到升降方向限位开关后，第一电机24停止运动。至此，升降装置4以及载车板5运行至存车起始位置。

第二步是升降装置4将载车板5送至预选车位。待车辆驶上载车板5后，第一电机24开始运动，升降板33上升。同时，第四电机58开始运动，通过正反纹丝杠52，推动平行四边形机构底边滑动板50向外移动，梳齿49上升，接触到限位开关后，第四电机58停止。升降板33上升，到达至指定楼层后，第一电机24停止运动。与此同时，第二电机40开始运动，升降装置4横移，待升降装置4横移至指定位置后，第二电机40停止运动。至此，升降装置4将载车板5送至预存车位

第三步是载车板5将车辆存放至预存车位。第三电机62开始运动，载车板5进入预存车位，接触到限位开关后，第三电机62停止运动。与此同时，第四电机58开始运动，通过正反纹丝杠52，推动平行四边形机构底边滑动板50向内移动，梳齿49下降，交叉通过车架梳齿7，车辆则停留在车架梳齿7上，接触到限位开关后，第四电机58停止运动。与此同时，第三电机62开始运动，载车板5退出预存车位，载车板5接触到升降板33上的限位开关后，第三电机62停止运动。至此，载车板5将车辆存放至预存车位。

第四步是升降装置4及载车板5运行到待机位置。在待机位置所在楼层时，升降装置4横移至指定位置后，第二电机40停止运动。不在待机位置所在楼层时，升降装置4向道路方向横移，接触横移方向限位开关后，第二电机40停止运动。与此同时，第一电机24开始运动，升降板33升降至指定楼层后，第一电机24停止运动。与此同时，第二电机40开始运动，升降装置4横移至指定位置后，第二电机40停止运动。至此，存车过程完成。

取车时，第一步是升降装置4及载车板5运行到预取车位。升降装置4从待机位置向道路方向横移，接触横移方向限位开关后，第二电机40停止运动。与此同时，第一电机24开始运动。同时第四电机58运动，通过正反纹丝杠52，推动平行四边形机构底边滑动板50向内移动，梳齿49下降，接触到限位开关后，第四电机58停止运动。升降板升降至指定楼层后，第一电机24停止运动。与此同时，第二电机40开始运动，升降装置4横移至预选车位后，第二电机40停止运动。至此，升降装置4及载车板5运行到预取车位。

第二步是载车板5将车辆从预取车位中取出。第三电机62开始运动，载车板5进入预取车位，接触到限位开关后，第三电机62停止运动。与此同时，第四电机58开始运动，通过正反纹丝杠52，推动平行四边形机构底边滑动板50向外移动，梳齿49上升，交叉通过车架梳齿7，车辆则停留在梳齿49上，接触到限位开关后，第四电机58停止运动。与此同时，第三电机62开始运动，载车板5退出预取车位，载车板5接触到升降板33上的限位开关后，第三电机62停止运动。至此，载车板5将车辆从预取车位中取出。

第三步是升降装置4及载车板5运行到取车终止位置。升降装置4向道路方向横移，接触横移方向限位开关后，第二电机40停止运动。与此同时，第一电机24开始运动，升降板33下降，同时第四电机58运动，通过正反纹丝杠52，推动平行四边形机构底边滑动板50向内移动，梳齿49下降，接触到限位开关后，第四电机58停止运动，升降板17接触到升降方向限位开关后，第一电机24停止运动。至此，升降装置4及载车板5运行到取车终止位置。

第四步是升降装置4及载车板5运行到待机位置。待车辆驶离载车板5后，第一电机24开始运动，升降板33上升，到达至指定楼层后，第一电机24停止运动。与此同时，第二电机40开始运动，升降板33横移，待升降板33横移至指定位置后，第二电机40停止运动。至此，取车过程完成。