Многоуровневая автоматическая парковка на базе конструктора Lego Wedo 1.0

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Многоуровневая автоматическая парковка на базе конструктора Lego Wedo 1.0

Галеев И.Д. 1Зуев А.М. 1Черепанов Д.Е. 1Юрков Н.А. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"
Филинова А.В. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейн"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Ежегодно на дорогах мира добавляется около 25 млн новых автомобилей. Поэтому вопрос парковок, а в особенности в крупных городах, стоит на самом деле очень остро. От того, насколько удобной будет стоянка возле того или иного коммерческого здания или ТЦ, в немалой степени зависит и прибыльность предприятия. Наиболее удобной для владельцев машин является, конечно же, автоматическая многоуровневая парковка.

Современная жизнь на больших скоростях, требующая быстроты и удобства, приводит человека к необходимости иметь свой собственный автомобиль. А мир, переполненный автомобилями, сталкивает людей с проблемой размещения своего транспортного средства. Вопрос парковки – одна из сложнейших технических и социальных проблем современных городов, это головная боль городских властей, архитекторов, строителей, бизнесменов, автовладельцев и простых горожан.

Эффективный способ хранения автотранспорта – современные многоуровневые паркинги. Возводят их как в отдельно построенном здании, в отведенной части жилого или промышленного помещения, так и под землей. Технологии позволяют использовать лифтовые подъемники, механизированные и автоматизированные подъемники и манипуляторы.

Цель исследования – проанализировать принцип работы многоуровневой автоматической парковки и ее функциональность на базе конструктора LEGO WeDo 1.0.

Задачи исследования:

-изучить виды МАП;

-изучить принцип работы МАП башенного типа;

-создать модель МАП на базе конструктора LEGO WeDo 1.0;

- провести эксперимент по запуску МАП;

В качестве источников информации мы использовали информационные сайты: ru.wikipedia.org ru, neo-park.ru. При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2,3], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике. [4]

Глава 1. Классификация МАП

Паркинги, в которых используются механизированные/роботизированные устройства, подразделяются на такие виды:

1.1. Многоярусные автоматические паркинги

1.2. Многоярусные полуавтоматические(механические/механизированные) паркинги.

Определяющим различием между ними является степень участия человека в процессе парковки автомобиля. В многоярусных автоматических системах эта степень участия сведена к минимуму с получением высокого уровня комфорта пользователя, тогда как в полуавтоматических (механических/механизированных) степень участия человека значительно выше (необходимо самостоятельно загонять и выгонять автомобиль с места хранения), при значительно меньшем уровне комфорта пользователя. 

1.1 В многоярусных автоматических паркингах парковка/выдача автомобилей происходит в полностью автоматическом режиме.(Рисунок 1.1, Приложения) Водитель заезжает на автомобиле в приёмный отсек паркинга, выключает двигатель, закрывает автомобиль, ставит его на сигнализацию, и выходит из помещения приёмного отсека паркинга, на пульте управления парковочной системы подтверждает своё желание поставить автомобиль на парковку, внешние ворота приёмного отсека закрываются, после чего оборудование паркинга перемещает автомобиль в помещение хранения паркинга, доставляя его в нужную ячейку хранения.

Многоярусные автоматические паркинги могут быть:

Башенного типа — принцип работы основан на движении скоростного подъёмника в башне, по обе стороны от которого расположены машиноместа хранения.(Рисунок 1.2, Приложения)

Конвейерного, кассетного типа — работа механизмов данной системы схожа с принципом работы конвейера (горизонтальное смещение поддонов всего уровня), по обе стороны которого расположены подъёмники (перемещение вертикально). (Рисунок 1.3, Приложения)

Смешанного типа — принцип работы основан на работе вертикально движущихся подъёмниках и горизонтально перемещающихся роботов — транспортеров, работающих на разных уровнях одновременно (частный случай).(Рисунок 1.4, Приложения)

1.2. В многоярусных полуавтоматических (механических/механизированных) паркингах водитель заезжает не в приёмный отсек, как в автоматической системе, а непосредственно на поддон в конструкции механического паркинга, который, одновременно является и ячейкой хранения автомобиля в парковочной системе. Парковочная система, перемещая поддон с автомобилями, освобождает место пустому поддону для парковки нового автомобиля, либо производит транспортировку определённого автомобиля для выдачи из парковочной системы.

Глава 2. Принцип работы МАП башенного типа

Башенный паркинг представляет собой многоэтажную башню, где места для стоянки автомобилей предусмотрены в два ряда. Между ними остается место для перемещения лифта с автомобилем. [6]

Принцип работы основан на движении скоростного подъёмника в башне лифтового типа, по обе стороны от которого расположены машиноместа хранения.[5]

Многоярусный автоматический паркинг один из самых компактных паркингов — занимает площадь всего 3-х машиномест (~50 м2), а количество машиномест в нём ограничивается только нормативной высотой застройки в данной местности и может доходить до 70 автомобилей.

Это вертикально-ориентированное решение, может быть подземно-надземным, подземным, надземным, встроенным, пристроенным и отдельно-стоящим. (Рисунок 2.1, Приложения)

Рассмотрим, как парковка башенного типа работает.

Водитель подъезжает к въездной стойке.(Рисунок 2.2, Приложения)

В специальном окне водитель нажимает кнопку и паркомат тут же выдает квитанцию со штрих-кодом, и водитель ее забирает.

Автоматически открывается шлагбаум и автомобиль может заехать на 1й ярус стоянки. Не стоит переживать, что шлагбаум быстро закроется и повредит автомобиль, или, что, если машина заглохнет прямо под ним, случится то же самое. Он оснащен специальными датчиками, которые не позволят закрыться до тех пор, пока автомобиль полностью не покинет это место.

Водитель заезжает на платформу стоянки, глушит двигатель, включает стояночную тормозную систему и покидает автомобиль.

Дальше все происходит автоматически. Лифт поднимает автомобиль на нужный этаж. (Рисунок 2.3, Приложения)

По краям лифта располагаются продольные или поперечные ячейки для хранения автомобилей из металлических конструкций, либо паллеты с припаркованными машинами. Возможна схема, в которой ячейки находятся с четырёх сторон вокруг шахты. Модульные паркинги башенного типа могут иметь зону приёма и выдачи автомобилей, оснащённую поворотным столом.

Распределитель, перемещает автомобиль на нужное место на этаже.(Рисунок 2.4, Приложения)

В большинстве автоматических парковок оплата производится после выезда с парковки.

Перед тем, как покинуть территорию стоянки, водитель показывает билет котроллеру или сканирует штрих-код на специальном аппарате. Таким образом, становится известна сумма, которую водитель должен внести. После внесения суммы шлагбаум снова открывается, и автомобилист может покинуть территорию стоянки.[7]

Глава 3. Преимущества и недостатки

Многоуровневые парковки имеют следующие преимущества:

1. Позволяет экономить пространство в условиях плотной городской застройки, экономия площади, дает возможность приблизить места хранения автомобилей в жилых кварталах, местам деловой активности, местам отдыха и развлечений. Это означает, что на меньшей площади можно припарковать в несколько раз больше машин.

2. Парковка доступна для автомобилей разных габаритов по высоте и весу, как легковых, так и для грузовых (массой до 2,5 т).

3. Парковка/выдача автомобилей происходит в полностью автоматическом режиме, т.е. без участия человека.

4. Такой паркинг полностью безопасен для автомобилистов, так как его конструкция не содержит опасные элементы и составляющие, исключается несанкционированный доступ в систему, отсутствует необходимость самостоятельного перемещения в паркинге, отпадает необходимость въезжать в узкие темные проезды и возвращаться по неудобным лестницам.

5. Экологичность - автоматические парковки гарантируют, что воздух не будет загрязнен выхлопными газами, так как сокращается время работы двигателей автомобилей. Кроме того, обеспечивается защита от атмосферного, техногенного загрязнения и прочих повреждений.

6. Значительно уменьшается стоимость одного машиноместа, т.е. повышается прибыльность (рентабельность).

7. Сокращается энергопотребление в пересчёте на 1 машиноместо.

8. Высокий уровень комфорта пользователей — автомобиль въезжает в отдельный приёмный отсек (шириной от 3500мм-4500мм (без поворотного механизма) до 6100 мм (с поворотным механизмом)), ширина которого позволяет нормально раскрыть двери автомобиля для посадки и высадки водителя и пассажиров, не боясь запачкать верхнюю одежду.

9. Позволяет экономить время — парковка или выдача автомобиля за 50—90 секунд.

10. Бесшумность — уровень шума менее 30-40 дБ (допустимый нормативный уровень шума 60 дБ).[5]

12. Адаптация под любой проект за счёт:

разнообразия и многофункциональности оборудования,

различных конструктивных исполнения - это значит, что автоматические паркинги могут быть наземными и подземными (башня, подземное сооружение, смешанный тип), иметь разную геометрическую конфигурацию, отсутствия пандусов и подъездных дорог, отсутствия необходимости установки дорогих осветительных и вентиляционных систем.

13.Широкий спектр управляющих устройств (от магнитных карточек до средств дистанционного управления).

При правильном подходе многоуровневая автоматическая парковка может быть не просто красивой – она может стать точкой притяжения, архитектурной достопримечательностью, доминантой района. К такому паркингу будут стекаться туристы, он в конечном итоге сможет прославить ваш район или весь город.

Недостатки многоуровневой автоматической парковки:

При поломке конструкции выдача автомобилей невозможна в течение некоторого времени.

Непредвиденное возникновение сбоя работы парковки из-за возникновения техногенной или экологической катастрофы.

Могут быть повреждены основные рабочие механизмы, что может стать причиной повреждения припаркованных машин. [5]

Зависимость МАП от энергообеспечения. При отсутствии напряжения в сети установка автомобилей, а также выдача их, к сожалению, может быть приостановлена. Что, разумеется, вызовет недовольство автолюбителей. Для того чтобы исключить риск прекращения работы подъемников и площадок при отключении электроэнергии, на таких площадках обычно используются альтернативные источники питания. Многоуровневая парковка, план строительства которой включает в себя, в том числе и установку подобного дополнительного оборудования, обходится владельцу коммерческого здания, конечно же, дороже. [8]

Глава 4.Практическая часть

Многоуровневая автоматическая парковка на базе конструктора LEGOWeDo 1.0

Мы сконструировали нашу модель «Многоуровневая автоматическая парковка» из деталей набора Lego Wedo 1.0.

Наш паркинг состоит из трехуровневой конструкции является автоматической. Парковка производится в автоматическом режиме.(Рисунок 4.1.1, Приложения)

Строительство парковки осуществлялось в несколько этапов. Для начала мы разработали проект, (Рисунок 4.1.2, Приложения) далее установили опоры и этажи, после чего перешли к механизму.(Рисунок 4.1.3, Приложения)

На нужный уровень машину доставляет лифт. Работает он следующим образом. На верхнем этаже, который является техническим, установлен мотор 1, который вращает лебедку, используя червячную передачу. (Рисунок 4.1.4, Приложения)

Преимущества червячной передачи:

Она может быть использована только в качестве ведущего зубчатого колеса, и никак не может быть ведомой шестерней. Это очень удобно для механизмов, которые нужны для поднятия и удержания груза без нагрузки на двигатель.

Червячная передача обеспечивает плавную работу механизму

Еще одним механизмом является распределитель, который находится в кабине лифта. Он отвечает за перемещение на нужное место на этаже. Работает он следующим образом. Мотор 2 передает энергию к распределителю, используя понижающую зубчатую передачу. (Рисунок 4.1.5, Приложения) Распределитель перемещает автомобиль в правое или левое крыло. (Рисунок 4.1.6, Приложения)

Рядом с МАП стоит пункт оплаты. Роль кассы играет датчик расстояния. После того как машина заехала в лифт, необходимо внести оплату, чтобы припарковать машину в автоматическом режиме. (Рисунок 4.1.7, Приложения)

Еще одной важной частью нашей парковки является станция технического обслуживания автомобилей. Находится она в левом крыле на первом и втором этаже. Второй этаж является сквозным, разместив автомобиль на втором этаже нашей автомастерской, можно посмотреть, что находится под машиной и устранить неполадки.

Управление моделью при помощи программы

Программирование осуществляется в специальном ПО- LegoWeDo.

Все парковочные места заняты, кроме одного – место №3 в правом крыле. Мы разработали программу, которая обеспечит перемещение машины на данное парковочное место.

Запуск программы производится нажатием на клавишу «1». Как программа запущена, на экран выводится цифра «3» - номер свободного парковочного места. Далее ожидается оплата, необходимо поднести Lego-человечка к датчику расстояния, как только датчик среагирует, поочередно запускаются последующие блоки в программе:

1.Мотор «1» с максимальной скоростью «10» вращается против часовой стрелки, закручивая трос на лебедку в течении 2,4 секунд, поднимая лифт на третий этаж

2.Вращение мотора «2» против часовой стрелки в течении 0,2 секунд, тем самым перемещая автомобиль в правое крыло

Так же разработаны дополнительные программы, для отладки механизмов:

Программа, отвечающая за очистку экрана

Программа, которая позволяет отрегулировать распределитель при помощи стрелок «вправо» и «влево»

Программа, которая опускает лифт

Заключение

Посетив экскурсии в различные жилые комплексы, мы заметили, что важным фактором является наличие паркинга. По статистике, до 90% своего времени каждый автомобиль проводит на парковке. В больших городах наблюдается острый дефицит парковочных мест, особенно в районах большого скопления людей – торговых центров, рынков, аэропортов, вокзалов, стадионов. Мы нашли решение данной проблемы - проект автоматическая многоуровневая парковка.

В ходе теоретического исследования были изучены все виды МАП. После чего, было принято решение создать конструкцию башенного типа. Изучив принцип работы МАП, мы создали свою модель из конструктора LEGOWeDo 1.0, соблюдая все технические установки, а также дополнив наш проект станцией технического обслуживания.

Наш паркинг имеет три уровня и два крыла - это означает, что на меньшей площади можно припарковать в несколько раз больше машин. Экономия площади, дает возможность приблизить места хранения автомобилей в жилых кварталах, местам деловой активности, местам отдыха и развлечений.

Парковка/выдача автомобилей происходит в полностью автоматическом режиме, т.е. без участия человека, что позволяет сэкономить время.

Проект запрограммирован в программном обеспечении LegoWeDo и запускается при нажатии на клавишу «1». Работа паркинга происходит, после внесения оплаты, терминалом служит датчик расстояния.

Наш проект может быть применен на внеклассных мероприятиях и на занятиях по робототехнике, при изучении сложных механизмов.

Список использованных источников и литературы

Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа -https://vk.com/mrbrain_tmn;

Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400

LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;

Корягин А.В, Образовательная робототехника Lego WeDo. Сборник методических рекомендаций и практикумов – ДМК-Пресс, 2016. – 252 с.

https://ru.wikipedia.org/

http://avtopravozashita.ru/parkovka/mnogourovnevaja-parkovka.html

http://www.neo-park.ru/parkingi/bashennyi-parking/

https://fb.ru/article/296683/avtomaticheskaya-mnogourovnevaya-parkovka-vidyi-parkovok

Приложения

Рисунок 1.1, Автоматическая многоуровневая парковка

Рисунок 1.2, МАП башенного типа

Р
исунок 1.3, МАП конвейерного типа

Рисунок 1.4, МАП смешанного типа

Рисунок 1.5, парк

Рисунок 2.1, Вертикальное решение -МАП башенного типа

Р
исунок 2.2, Въездная стойка

Рисунок 2.3, Лифт внутри МАП

Рисунок 2.4, Перемещение автомобиля внутри МАП

Рисунок 4.1.1, Модель МАП Lego WeDo 1.0

Рисунок 4.1.2, Эскиз проекта

Рисунок 4.1.3, Установка опор

Рисунок 4.1.4, Червячная передача

Рисунок 4.1.5, Распределитель, понижающая зубчатая передача

Рисунок 4.1.6, Лифт и распределитель в МАП

Рисунок 4.1.7, Пункт оплаты (датчик расстояния)

Р
исунок 4.2.7, Программа

   
Просмотров работы: 42