机器人
蒋校磊 闫清云 陈鹏霖 杨泽华 张露元
[摘 要]我组将针对当下城市小区中停车难这个症结，深刻剖析引发此症结的原因，并由此提出一种高效率的停车方案。并针对提出的高效的停车方案，引出我组设计的能够完成此高效停车方案的机器人。我组在研究过程中，充分运用了统计学的方法，运用了概率论来分析适用情况，从而满足了大部分城市小区车主的使用。我组首先将整体介绍此横向泊车机器人，并分析此机器人的组成、零件分析、工作原理、控制方法四个方面。
[关键词]横向泊车 机器人 新型停车方案
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0108-02
一、问题分析
众所周知，城市小区中家庭用车停车难的问题十分普遍。个别司机不恰当的停车方式也使得小区经常拥堵。我组认为，此问题的症结就在于有限的场地与数量庞大的私家车的矛盾。按照传统的解决方法，无非是修建更多的停车厂或修建更多的智能车库使车辆分层停放。但我组认为，此种方法治标不治本，最核心的方法不是扩充空间，而是充分利用现有空间，为此，握住首先提出了以下一种停车方案。
二、新型停车方案
经过我组的调研，普通城市小区中一个车位的大小为5*2.5。以图1中的停车场为例。
如图1所示，该停车场矩形部分长18米，宽15米。该停车场的最大停车数目为13辆。
如果以两米为单位将此停车场纵向分成若干列，如图2所示：
以两米为一段将此停车场纵向分割成9列。蓝色为停车区，由若干个矩形组成，白色为空地，正方形为我组设计的机器人。一个蓝色矩形为我组自己改进的一个停车位，尺寸为5*2米。此停车场纵向按照“停车区-空地-停车区”交替排列。其中，一个“停车区-空地-停车区”为一个基本的停车单元，整个停车场由若干个基本停车单元组成，为了分析问题的方便，我组只以一个停车单元进行分析。
在停车场入口，车辆驶入，我组设计的机器人横向进入车底，并用其顶部的千斤顶将车顶起，接下来沿既定轨道进入停车区，将车拖入停车区，放下千斤顶使车平稳泊位，并横向从车底驶出。当车辆想要开出停车场时，可按照原路，由机器人驶到对应的泊车地点，并横向进入车底，原理与泊车原理一致。这样做的目的为，可以使车辆在停车区的纵向间距很小很小，因为车不必再占有泊车所需要的较大的空间，从而充分利用了空间，符合我组的核心停车观念。在未采用我组的停车方案之前，该区域仅能够停放车辆13辆，而采用我组的停车方案之后，从图2中可以看出，停车数目保守估计为18辆，多了五个车位可以停放，从而极大地提高了空间利用效率。符合我组的核心观念。
三、关于将车辆顶起位置的研究
有上文可知，该机器人需要在车底垂直将车顶起，这就不可避免的涉及到了一个问题，即将车顶起的位置，也就是说在车底部的什么位置将车顶起。为此我组进行了调研，结果证明，车身底部都有支撑千斤顶的专用支撑点，家用车的支撑点通常在侧面裙边的内侧，好似底盘两侧的两道鳍，在前轮后面的20厘米左右，后轮前面的20厘米左右。这道鳍是突出于底盘钢板的，可以承受比较大的压强。另外，值得注意的是，对于不同车型，专用支撑点在纵向几乎没有差别，差别在两个支撑点的横向距离，因此，我组的机器人在顶起车时，还应该根据不同车的类型识别顶起的位置
四、泊车机器人及其工作原理
（一）泊车机器人
如图3所示是泊车机器人图，该机器人分为两层，上层为顶升层，下层为动力层，下面分别来介绍：
顶升层：起重层由蜗轮蜗杆、连杆、四个导轨、四个电动千斤顶组成；
动力层：动力层由循迹模块、底板、四个麦克纳姆轮组成。
（二）工作原理
由上文可知，我组所设计的机器人应满足以下几点功能；
1、将车顶起
2、根据不同型号的车辆调节顶起的位置
3、能够进行自由的二维运动
4、自动循迹
麦克纳姆轮具有灵活的二维运动功能，利用电机的差速转动可以实现自由的二维运动，车身前方的循迹模块可实现自动循迹功能，四个电动千斤顶分别在四个横向导轨上。每个千斤顶连有四个小连杆，四个小连杆再连接两两一对连接在蜗轮上与圆心对称的两点，这样就组成了蜗轮蜗杆与连杆的组合机构，蜗杆带动蜗轮转动，与连杆连接的千斤顶形成了一个对心曲柄滑块机构，在导轨上同时相向或相反运动，达到了适应不同车型横向顶起位置有差异的情况，能够根据不同的车辆调节顶起的位置，从而满足绝大部分轿车车型。
五、零件分析
（一）蜗轮蜗杆与连杆的组合机器人
该组合机器人的作用为形成一个曲柄滑块机构，通过调节蜗轮的转速及转向，来实现控制电动千斤顶的横向位置，从而使该机器人能够根据不同的车辆调节顶起的位置（圖4）。
（二）电动千斤顶
电动千斤顶有电机、减速器和普通千斤顶组成，该机器人的先进性在于可以实现自动控制，省略了手动控制（图5）。
（三）麦克纳姆轮
麦克纳姆轮是一种可实现260度方向前进的车轮，将麦克纳姆轮配有电机，通过单片机控制，利用电机的差速转动即可实现自动控制车轮的运动方向并使车轮运动。
六、机器人推广
我组的自动横向循迹泊车机器人并不只局限于在城市小区的停车场，众所周知，带一些地区，如学校、医院等，车辆一般都会在甬路上停放一列，在这种情况下，为了使车能够自由的驶入或驶出，车位的长度会增加到7米，变成一个7*2.5米的长方形车位，而且如果个别司机停放的位置不恰当，也会造成拥堵、停车困难等现象。但是采用我组的自动横向循迹泊车机器人，在停车区车辆可实现首尾小间距停放，将一个车位变成5*2米的长方形。从而也有效地利用了空间，在需要驾驶车辆时，该机器人可以横向将车泊出，也较为方便，因此，该方案具有较为广阔的社会效益。
参考文献
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