自动收费停车位作品简介

郑鹏元，贾兆功，张天明，杨珂

（青岛科技大学高性能聚合物及成型技术教育部工程研究中心，山东 青岛 266042）

自动收费停车位作品简介

郑鹏元，贾兆功，张天明，杨珂

（青岛科技大学高性能聚合物及成型技术教育部工程研究中心，山东 青岛 266042）

针对当前社会上有偿收费停车位存在的种种问题与乱象，使这些停车位系统化管理，计时收费透明化，在经过收集资料、实地考察以及多次建模仿真试验，得出了较为完善的项目方案，并制作了实物样机。经过实验发现该装置已基本达到预期要求，在泊车入位之后，能对汽车实现车轮的定位与卡固，并开始计时收费，使停车管理更为规范。

自动收费；停车位；机器人

1 项目背景

在经济飞速发展的今天，人民的生活水平有了明显提高，小汽车也普及开来，但是在生活中一系列随着小汽车衍生的问题接踵而至。当今社会，人们出门办事、旅游等等，大多数都会选择开私家车出行，临时将车停在路边的情况是再寻常不过的事。因此，路边临时停车位逐渐普及开来。但随之而来又有许多问题：首先是车主逃费现象严重，路边缺少一种简单有效的停车收费系统；其次是缺少停车位，车位不能满足停车需求，造成了交通的拥挤；再次是需要一定数量的工作人员看管停车位进行收费，既辛苦了工作人员浪费了人力，还存在着效率低的问题。

鉴于以上种种情况，发明一种停车位自动收费系统就很有必要了。所以，我们大胆创新，设计了一个可以自动计时计费收费的机器，以此来改变现有情况下路边停车位等有偿停车位的各种问题，如：逃费问题、浪费人力问题等。这具有非常重要的意义和作用。当有车停入车位时，它可以自动计时，然后机器运行抱住轮胎，经过刷卡收费后机器放开，车主即可开走汽车。这样把停车位都统一起来，就不会给那些不法分子私画停车位、乱收费的可乘之机。用机器代替人工工作，不仅使人更加轻松，而且大大增加了工作效率。

2 主要组成机构

该机器主要由平移导轨、伸缩臂、卡固轮胎部分以及控制模块组成，图1所示。

图1 机器总体结构

平移导轨部分是为了适应不同车主的泊车习惯，通过导轨的往复移动来达到准确追踪车轮的目的，从而进行定位的机构。该机构利用平行双导轨结构，保证了移动时受力的均衡，避免因为应力集中而造成的滑块卡死现象。推动则由丝杠完成，既达到平稳往复运动的目的，又充分利用了丝杠的自锁特性，保证了卡固轮胎部分的可控性。

伸缩臂通过推动卡固轮胎部分来调节该部分与车轮的间距。该机构由孔径匹配的两个方管组成，由丝杠的转动实现伸缩，结构简单，稳定可靠。

卡固轮胎部分由底座、车胎自适应模块、止推部分三个结构组成。底座起固定支撑作用，该部分加装有四个与机架铰接万向轮，起到减震作用。万向轮利用弹簧作减震支撑，车轮运动时弹簧压缩机架，增大与地面的摩擦力，避免机架的移动使万向轮受力过大损坏装置。为了适应不同车型，我们还特意设计了“车胎自适应模块”，该模块根据轮胎直径的不同来调节两个止推机构之间距离，使其和不同的轮胎完美吻合。经过平移伸缩两个过程之后卡固轮胎部分被推送到轮胎外沿，止推部分升起抱住车轮，达到阻止车体移动的目的。

控制部分主要由单片机、电源、打卡器及若干导线组成。由一片单片机控制所有电机，以计时15 min（或其他规定时间）产生的瞬间数据脉冲作为控制的输入信号，当计时15 min后，单片机产生控制信号使得平移导轨、伸缩臂、卡固轮胎部分处的电机依次运动，使机器卡住轮胎，并在三个机构处都利用光电开关检测轮胎位置来引导机器锁止轮胎。电路控制系统以51单片机为控制核心，能达到较高程度的智能控制。

各模块配有单独的电机驱动，便于调节、维护和自动化控制。

3 主要性能指标

经过理论计算和Solidworks仿真测试，结果表明装置整个撤回到初始位置的过程耗时基本为8 s，这部分时间由车主离开咪表打开车门到启动引擎消耗。在车主泊车入位以，经过一定的延时后开始抱住车轮并计时计费。

适用轮胎直径为600～800 mm ，允许停靠范围：单只轮胎着地点附近0.5 m×1 m的范围。

4 运作原理

当传感器探测到有车辆停靠到车位且连续15 min（可根据不同收费标准设定）或以上时便开始计时，同时触发锁止轮胎的装置。轮胎锁止结构动作为：首先平移机构作平移运动寻找轮胎所在位置，当光电开关感知到轮胎所在位置后，平移电机停止转动。与此同时伸缩电机开始转动，将卡止装置推送到轮胎处。该过程完成后，卡止电机工作，经轮胎固定住，使汽车无法逃逸。等车主要取车时刷卡交费后，卡止结构撤回，紧接着伸缩机构退回，平移机构回复到原点。到此，整个装置的运作完成一个行程。

5 创新点

（1）用机器代替人力对路边车位进行收费，不仅节省了人力，而且还有效的解决了人工收费存在的问题。

（2）利用传感器电路和伸缩臂的配合，快速定位轮胎，准确高效。

（3）采用伸缩结构，以及各种机械机构的巧妙配合，使结构紧凑，节省了空间。

（4）巧用连杆机构卡住轮胎，增强稳定性。

6 作品意义及应用前景

（1）作用意义：用机器代替人力，节省人力提高了工作效率，有效的解决了城市繁华地段交通拥堵的问题和人工收费存在的问题。

（2）推广应用前景、效益分析与市场预测：

①机器代替人力对车位进行收费，方便环保，体现了社会的和谐和社会人性化服务。

②本产品适用于各种车位收费的场合，依靠电路和机械配合自动控制，既高效又节省了人力，有着很高的经济效益。

③本产品只要改变使用地点本装置仍可以作为家庭使用的防盗设备，这更加大了装置的使用价值和潜在的商业价值。

④成本低廉、结构巧妙、充满创意、经久耐用而且非常适合于作为长期固定设备存在。

⑤本产品采用机械结构与电子结构相结合的创新应用类型，每种机构之间通过锥齿轮光杆等进行连接和动力传输可以通过手动进行自由转换，操作简单，使用维修方便，机构的主体部分安装于路边不会对路旁的行走与使用造成损害。

⑥本产品可与咪表配合使用，可以最大程度的降低停车位的收费繁琐与逃避缴费，随着社会的发展咪表会更加普及而路边临时停车位也会越来越紧张，本产品正是顺应了市场发展需求，本产品必可有巨大的市场需求。

（R-03）

Synopsis of automatic toll parking

Synopsis of automatic toll parking

Zheng Pengyuan, Jia Zhaogong, Zhang Tianming, Yang Ke
(Ministry of Education Engineering Research Center of High Performance Polymers and Molding Technology, QUST, Qingdao 266042, Shandong, China)

In view of existing problems and chaos of paid parking spaces, we have come to a more comprehensive project plan, and made physical prototypes after the collection of information, fi eld visits and several modeling and simulation tests, so that the parking spaces can achieve systematic management and transparent time charges. The study shows that the device has basically reached the expected requirements. After the car is parking into place, the device can achieve positioning and retaining of the car wheels, and starts time charges, making e parking management more standardized.

automatic toll collection; parking space; robot

TQ330.43

1009-797X（2016）04-0097-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.038

郑鹏元，男，现就读于青岛大学机电工程学院机械设计及制造专业，先后参加了全国大学生机械设计大赛和山东省机电产品创新设计大赛，分别获得全国二等奖和山东省一等奖。

2015-10-26