Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống đỗ xe tự động cho nhà cao tầng sử dụng hệ thống thang máy robot

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN BÃI ĐỖ XE................................................................. 3
1.1 Khảo sát tình hình ôtô, xe máy tại Việt Nam các năm gần đây. .................. 3
1.1.1 Thực trạng...................................................................................................3
1.1.2 Phân tích cơ sở pháp lý trong tình hình thực tế nước ta hiện nay .............3
1.1.3 Đặc điểm của bãi đỗ xe thông thường và hệ thống đỗ xe tự động .............5
1.2 Các hệ thống bãi đỗ tự động. ........................................................................... 7
1.2.1 Phân loại theo quy trình lưu chuyển...........................................................7
1.2.2 Phân loại theo hệ thống điều khiển ...........................................................7
1.2.3 Phân loại theo kiến trúc .............................................................................7
1.3 Một số hệ thống bãi đỗ xe tự động thông dụng.............................................. 8
1.3.1 Hệ thống thang máy-robot. .........................................................................8
1.3.2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang .....................................................8
1.3.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang ....................................................9
1.3.4 Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng.....................................................10
1.3.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn ......................................................11
1.3.6 Hệ thống thang nâng-dịch chuyển ngang ................................................12
1.3.7 Hệ thống thang treo-quay vòng đứng ......................................................13
1.3.8 Hệ thống nâng hạ.....................................................................................13
CHƯƠNG II THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG .......... 15
2.1 Thiết kế mô hình ............................................................................................ 15
2.1.1 Phân tích thông số đầu vào ......................................................................15
2.1.2 Lắp ghép ý tưởng vào hệ thống: ...............................................................19
2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống. ............................................................... 20
2.3 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống ....................................................... 20
2.3.1 Ưu điểm .....................................................................................................20
2.3.2 Nhược điểm ...............................................................................................21
2.4 Các cụm kết cấu chính của mô hình hệ thống đỗ xe tự động ..................... 21

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

Lớp: CĐT12BKT
1


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

2.4.1 Cơ cấu Robot: ...........................................................................................21
2.4.2 Khay. .........................................................................................................24
2.4.3 Thang máy.................................................................................................25
2.4.4 Thống số bãi đỗ. ........................................................................................... 26
CHƯƠNG III TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CÁC KHÂU ..................................... 27
3.1 Robot. ............................................................................................................... 27
3.1.1Cơ cấu nâng: .............................................................................................27
3.1.2 Trọng lượng khay.....................................................................................29
3.1.3 Tốc độ di chuyển của robot. .....................................................................30
3.1.4 Lựa chọn động cơ di chuyển của robot. ...................................................30
3.1.5 Tốc độ di chuyển cơ cấu nâng vào khoang chứa......................................31
3.1.6 Chọn động cơ cho cơ cấu đẩy(keo) cơ cấu nâng vào khoang chứa.. .......31
3.1.7 phần nâng xe. ............................................................................................32
3.2 Hệ thống thang nâng. ..................................................................................... 34
CHƯƠNG IV: ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ. ................................................................ 37
4.1 Quá trình điều khiển. ..................................................................................... 37
4. 2. Hệ thống điều khiển mô hình: ..................................................................... 37
4. 2.1 Sơ đồ tổng quát: .......................................................................................37
4.2.2 Các động cơ dẫn động ..............................................................................38
4.2.3 Hệ thống điều khiển hoạt động. ................................................................38
4.2.4 Khối mạch phần cứng điều khiển động cơ ..............................................40

4.2.5 Mô phỏng hoạt động trên phần mềm. .......................................................43
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 49
1. Những kết quả đã đạt được: ............................................................................... 49
2. Những hạn chế:................................................................................................... 49
3. Hướng mở rộng và phát triển: ............................................................................ 49
4. Khả năng ứng dụng thực tế: ............................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 51

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

Lớp: CĐT12BKT
2


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Hệ thống thang máy-robot ........................................................................... 8
Hình 1.2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang ....................................................... 9
Hình 1.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang ..................................................... 10
Hình 1.4 Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng ....................................................... 11
Hình 1.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn ......................................................... 12
Hình 1.6 Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang ................................................ 12
Hình 1.7 Hệ thống thang treo-quay vòng đứng......................................................... 13
Hình 1.8 Hệ thống nâng hạ ....................................................................................... 14
Hình 2.1 Cấu trúc bãi đỗ dạng ngăn chứa ................................................................. 16
Hình 2.3 Cấu trúc răng lược. ..................................................................................... 17
Hình 2. 4 Thang máy thủy lực. ................................................................................. 18
Hình 2.5 Thang máy đối trọng. ................................................................................. 18

Hình 2.6 Thang máy dòng dọc tời kéo đa cấp. ......................................................... 19
Hình 2.8 Hình ảnh hoàn thiện của ý tưởng. .............................................................. 20
Hình 2.9 Cơ cấu gửi và lấy xe (Robot và khay)........................................................ 22
Hình 2.10 Cơ cấu thanh “X”. .................................................................................... 23
Hình 2.11 Cơ cấu vítme- đai ốc. ............................................................................... 23
Hình 2.12 Cấu tạo khoang chứa. ............................................................................... 23
Hình 2.13 Hình ảnh hai phần răng lược. ................................................................... 24
Hình 2.14 Cấu tạo khay ............................................................................................. 25
Hình 2.15 Hệ thống thang nâng. ............................................................................... 25
Hình 2.16 Thông số bãi đỗ. ....................................................................................... 26
Hình 3.1 Cơ cấu nâng. ............................................................................................... 27
Hình 3.2 Hệ vitme- đai ốc. ........................................................................................ 29
Hình 3.3 Phân tích lực tác dụng lên xe. .................................................................... 30
Hình 3.4 Sơ đồ truyền lực hai bánh động cơ chính trên khay mang Robot. ............. 30
Hình 3.6 Thang máy. ................................................................................................. 35
Hình 3.7 Biểu diễn thang máy dòng dọc. .................................................................. 35
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

Lớp: CĐT12BKT
3


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hình 3. 8 Sơ đồ thuật giải của hệ thống khi lấy xe ................................................... 39
Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển tổng quát......................................................................... 37
Hình 4.2 Sơ đồ thuật giải của hệ thống khi gửi xe .................................................... 39
Hình 4.3 Khối tạo nguồn cho động cơ ...................................................................... 40
Hình 4.4 Khối tạo nguồn 12V ................................................................................... 41

Hình 4.5 Khối tạo nguồn 5V ..................................................................................... 41
Hình 4.6 Mạch cách ly nguồn 24V với 5V .............................................................. 42
Hình 4.7 Khối vi điều khiển ATmega 16L ............................................................... 42
Hình 4.8 Khối điều khiển động cơ ............................................................................ 43
Hình 4.9 Mô phỏng hoạt động của hệ thống trên Proteus 7.5 .................................. 43

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

Lớp: CĐT12BKT
4


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường, đời sống dân cư Việt Nam
ngày càng được cải thiện- đủ dư dả để tự mua sắm cho mình một phương tiện cá
nhân như xe máy, và đặc biệt là oto. Số lượng xe tăng nhanh lại tập trung ở các
thành phố lớn dẫn tới việc trông giữ xe theo kiểu truyền thống trong hầm chứa, trên
các bãi đất trống đang dần quá tải. Vậy không được ở bãi đỗ thì xe để ở đâu? Và
câu trả lời là vỉa hè, một số các ngõ ngách, công viên, đôi khi cả lòng- lề đường
cũng bị lấn chiếm chở thành chỗ để xe tạm bợ. Vậy sao ta không sắp xếp những
chiếc xe gọn gàng, ngăn nắp vào một nơi đỗ tập trung theo một phương pháp sắp
xếp nào đó?
Những khúc mắc về phương pháp sắp xếp xe ngăn nắp và tiết kiệm diện tích nhất
vào các bãi đỗ luôn theo đuổi em trong suốt quá trình em học cao học ở trường đại
học Bách Khoa Hà Nội, cho đến học kỳ cuối- khi chúng em đươc nhận đề tài luận
văn tốt nghiệp- Em đã gặp thầy TS. Đỗ Đức Nam và được thầy hướng dẫn làm đề
tài: ”Nghiên cứu, thiết kế mô hình hệ thống đỗ xe tự động cho nhà cao tầng sử dụng

hệ thống thang máy Robot”.
Trong khi thực hiện đề tài, em đã nhận ra rằng trên thế giời, đã có những bãi đỗ tự
động vô cùng hiệu quả. Tại đây, trên cùng một diện tích ta có thể đỗ được số lượng
xe gấp 5, gấp 10 lần số xe khi sử dụng phương pháp đỗ truyền thống. Và em cũng
biết rằng ở Việt Nam cũng đã có một số bãi đỗ thông minh đã được xây dựng, như
ở Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh nhưng số lượng còn hạn chế và kiến trúc nhỏ nên
mới chỉ đáp ứng được số lượng nhỏ xe so với một lượng xe khổng lồ đang ngày một
tăng. Một số bãi đỗ đã được xây dựng ở Việt Nam:
 Bãi đỗ tại 32 Nguyễn Công Trứ- Hà Nội, diện tích 126m2 và cao 5 tầng x 4
dãy x 30 xe trên một dãy sử dụng hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng.
 Bãi đỗ tại tòa nhà văn phòng Havana quận 1 tp. Hồ Chí Minh với tháp cao 30
tầng, diện tích sàn khoảng 60m2 chứa được 60 xe .
Các bãi đỗ xe tự động dù ở dạng gì thì các chi phí ban đầu đều lớn, có yêu cầu cao
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

1

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

về trình độ để điều khiển cũng như bảo dưỡng nhưng lợi ích về sau thì vô cùng lớn.
Mong rằng đề tài hoàn thành sẽ đem lại cho người đọc cách nhìn nhận đúng đắn
hơn về các bãi đỗ tự động và có hướng đầu tư hợp lý hơn cho các bãi đậu xe trong
thành phố.
Hà Nội ngày….. tháng …… năm 20…..
Học viên

Lê Hữu Phước.

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

2

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN BÃI ĐỖ XE
1.1 Khảo sát tình hình ôtô, xe máy tại Việt Nam các năm gần đây.
1.1.1 Thực trạng.
Theo vietnamplus.vn báo ra ngày 13/06/2014 “báo cáo công bố ngày 13/6 của
Hiệp hội Các nhà sản xuất Ôtô Việt Nam (VAMA), thị trường ôtô trong nước đã có
bước tiến mạnh mẽ trong tháng Năm vừa qua với lượng xe bán ra toàn ngành đạt
12.134 xe (tăng 7% so với tháng 4/2014 và tăng 25% so với cùng kỳ năm ngoái
2013). Và dự báo còn tăng mạnh, đạt 14% khi kết thúc năm 2014 .” Số lượng xe
tăng mạnh như trên, mà lượng mặt bằng trống có thể sử dụng làm bãi đỗ không hề
tăng thì việc thiếu bãi đỗ là điều tất yếu.
Giải pháp cơ bản cho vấn đề này là làm sao đỗ được nhiều xe nhất trong cùng
một diện tích mặt bằng, chính vì thế việc tính đến việc đỗ xe tận dụng các khoảng
không gian trên (các nhà cao tầng, khoảng không) và dưới (không gian ngầm, tầng
hầm), việc gửi xe và lấy xe cũng phải nhanh chóng và tối ưu là rất quan trọng. Trên
thế giới có nhiều giải pháp đã được đưa ra và ứng dụng trong thực tế có hiệu quả.
Hệ thống lưu kho và đỗ xe tự động là công nghệ sắp xếp, lưu trữ vật dụng sao
cho tiết kiệm không gian và thời gian đặc biệt là diện tích mặt bằng xây dựng. Hệ

thống lưu kho được sử dụng rộng rãi ở các doanh nghiệp sản xuất hàng hoá, siêu thị,
bến cảng… Với tốc độ hiện đại hoá đô thị như hiện nay, ứng dụng hệ thống đỗ xe tự
động là tất yếu cần thiết. Ngành thiết kế xây dựng và chế tạo thiết bị tư động hoá hệ
thống lưu kho và đỗ xe tự động phát triển không ngừng.
Hệ thống đỗ xe tự động về nguyên lý giống như hệ thống lưu kho, để đạt hiệu
suất sử dụng diện tích mặt bằng bến bãi thì hệ thống phải được thiết kế nhiều tầng
nhiều lớp. Hoạt động của hệ thống với mức độ tự động hoá khá cao.
1.1.2 Phân tích cơ sở pháp lý trong tình hình thực tế nước ta hiện nay
Qua thực tế tìm hiểu và quan sát chúng em nhận thấy : ở nước ta hiện nay các
bãi đỗ xe chủ yếu vẫn là dành để trông giữ, quản lý phần lớn là xe máy: ra vào bãi
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

3

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

đỗ xe phải có vé… ô tô thì có thẻ ra vào, đó là kiểu quản lý bãi đỗ xe cổ điển, tốn
nhiều thời gian, phiền phức với người gửi, đây là một hình thức khá thông dụng và
có sự điều hành của con người, những khu vực đông người, những nơi tập trung các
đợn vị hành chính … và cần có cả một đội ngũ những người trông giữ xe với số
lượng đông đảo. Ở Hà nội hiện này, cũng có một số bãi đỗ sử dụng công nghệ thẻ từ
trông giữ xe thông qua sự hỗ trợ giám sát của camera và hệ thống máy tính như:
Royal City, Times City, Big C… Tuy nhiên, bãi đậu xe dạng này có diện tích rất
lớn, tốn nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm xe khi lấy gây phiền phức không ít cho
người gửi xe cũng như đội ngũ quản lý xe.
Cho đến thời điểm này, tại các thành phố lớn nói chung và ở Việt Nam nói

riêng chưa có bãi đỗ ô tô nào dùng hệ thống đỗ xe nhiều tầng tự động. Tuy nhiên
chắc chắn trong tương lai không xa, Việt Nam sẽ tiến tới sử dụng hệ thống đỗ xe tự
động do người Việt chúng ta thiết kế và thi công, có khả năng lưu trữ nhiều ô tô.
Thực tế có rất nhiều công trình xây dựng cao cấp, nhưng số lượng ô tô đỗ được
trong công trình không đủ đáp ứng phân nửa nhu cầu của những người sử dụng. Bộ
Xây dựng đã ban hành “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy hoạch xây dựng”
QCXDVN01: 2008/BXD, trong đó bảng 4.5 Chương IV qui định:
- Với khách sạn từ 3 sao trở lên: 4 phòng phải có 1 chỗ đỗ.
- Với văn phòng cao cấp, trụ sở cơ quan đối ngoại: 100 m 2 sàn sử dụng / 1
chỗ.
- Siêu thị, cửa hàng lớn, trung tâm hội nghị, triển lãm, trưng bày: 100 m 2 sàn
sử dụng / 1 chỗ.
- Chung cư cao cấp: 1 căn hộ / 1,5 chỗ.
Ngày 02/06/2008, Bộ xây dựng cũng đã ra thông tư số 14/2008/TT-BXD
hướng dẫn về phân hạng nhà chung cư, trong đó quy định nhà chung cư hạng I phải
có tối thiểu 1,5 chỗ để ô tô, nhà chung cư hạng II phải có tối thiểu 1 chỗ cho mổi
căn hộ. Với các qui định này, chủ đầu tư hiện nay phải tính toán rất kỹ số lượng đỗ
xe ô tô cho công trình. Nếu sử dụng giải pháp đỗ xe tự động, chủ đầu tư có thể tiết
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

4

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

kiệm đáng kể diện tích xây dựng nhưng vẫn đảm bảo số xe đỗ được theo yêu cầu.
Trên cùng 1 diện tích đất, số lượng ô tô đỗ được theo kiểu tự động có thể tăng từ

gấp đôi đến gấp 20 lần so với số lượng ô tô đỗ theo kiểu tự lái đỗ thông thường.
Theo những kết quả nghiên cứu của các nhà hoạch định giao thông đô thị và
của Sở GTCC Hà Nội, hiện tại các bãi đỗ xe trong thành phố chỉ đáp ứng được
khoảng 10%, 90% còn lại đang nằm tản mát trên các hè phố, lòng đường và các ngõ
ngách (theo tính toán thì diện tích để xe chỉ chiếm 0.48% diện tích đất đô thị).
Trong khi đó ở thành phố Hồ Chí Minh thì diện tích bãi đậu xe chỉ chiếm 0,1% tổng
diện tích đất của thành phố, thấp hơn tới 26 lần so với quy định. Chính vì vậy nhưng
bãi đỗ xe thông minh ngầm dưới mặt đất chắc chắn sẽ là lựa chọn đúng đắn và phù
hợp vì không anh hưởng tới cảnh quan bên trên mặt đất. Xã hội ngày càng phát
triển, các phương tiện giao thông ngày càng nhiều, theo tìm hiểu có nhiều thời điểm
số lượng xe đăng ký trên địa bàn Hà Nội trong vòng một tháng là khoảng 3000
chiếc, diện tích để xây dựng bãi đỗ xe thì không tăng lên chính vì vậy bãi đỗ xe
thông minh chắc chắn sẽ là giải pháp hữu hiệu trong tương lai.
1.1.3 Đặc điểm của bãi đỗ xe thông thường và hệ thống đỗ xe tự động.
Bãi đỗ xe tự lái thông thường có nhiều nhược điểm như: Thường yêu cầu diện
tích lớn, dễ bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ xe không lắp camera an ninh, người
lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời gian để đưa xe vào vị trí đỗ xe chật
hẹp (đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ), và hầu như rất khó kiểm soát khí thải, tiếng ồn
khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe. Đối với các bãi xe tự lái diện tích lớn, người
lái xe phải mất rất nhiều thời gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe.
Và điều mà phần lớn nhà đầu tư quan tâm nhất là bãi đỗ xe tự lái chiếm nhiều diện
tích của công trình ( Hệ số sử dụng bình quân k= 25m2/1 vị trí đỗ xe bao gồm diện
tích đường di chuyển).
Hệ thống đỗ xe tự động có thể giải quyết hầu hết các vấn đề trên. Hệ thống đỗ
xe ô tô tự động nhiều tầng là loại kết cấu có trang bị hệ thống nâng để di chuyển xe
ô tô từ mặt đất lên điểm đỗ xe ở trên cao (đối với loại hệ thống nổi) hoặc chuyển xe
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

5

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

xuống điểm đỗ ô tô dưới lòng đất (đối với loại hệ thống ngầm) một cách hoàn toàn
tự động, không cần người lái. Sau khi đưa xe vào phòng xe, hệ thống được lập trình
điều khiển sẽ tự động lập quy trình đưa xe vào vị trí đỗ, người lái xe không cần thao
tác bất kỳ động tác nào ngoài việc bấm nút số xe/quẹt thẻ (hoặc nhận thẻ từ hệ
thống). Khi cần lấy xe ra, hệ thống thiết bị nâng này sẽ làm việc để đưa xe đến điểm
trả xe cố định, lái xe chỉ cần lấy xe ra từ điểm cố định này. Nếu mặt bằng chật hẹp,
với bàn xoay 360o và các con lăn định vị xe thì dù người lái xe non tay lái nhất cũng
dễ dàng đưa xe vào phòng xe. Khi có bất kỳ sự cố nào bất thường trong hệ thống (ví
dụ như có người đột nhập, cửa xe bị bật ra…) thì hệ thống sẽ báo động tức thời về
trung tâm xử lý. Do xe không tự vận hành trong hệ thống nên không gây ra các vấn
đề ô nhiễm không khí do chất thải của xe, và vì vậy cũng tránh được nguy cơ cháy
nổ do xe lưu thông trong hầm. Khi có rủi ro hỏa hoạn, vì bãi đỗ xe tự động không
có người nên nguy cơ chết người không thể xảy ra. Hệ thống đỗ xe tự động có thể
lắp đặt nổi trên mặt đất hoặc ngầm bên dưới hoặc nửa ngầm – nửa nổi (theo tìm
hiểu hiện nay tại Hàn Quốc, tính trên số lượng xe đỗ thì tỉ lệ sử dụng hệ thống nổi là
33% và hệ thống ngầm là 67%).
Tùy theo diện tích đất, vị trí các lối ra vào và tùy theo mục đích sử dụng, nhà
cung cấp sẽ tư vấn loại hệ thống thích hợp cho từng công trình. Hiện nay có rất
nhiều loại hệ thống đỗ xe tự động trên thế giới, mỗi nhà sản xuất đặt tên khác nhau
cho 1 loại hệ thống, tuy nhiên có thể phân biệt theo nguyên lý vận hành như sau:
+ Loại hệ thống vừa lắp được trên mặt đất, vừa lắp được dưới ngầm, hoặc một
phần trên mặt đất, một phần dưới ngầm: hệ thống tháp nâng dùng thang máy, hệ
thống thang nâng di chuyển, hệ thống tầng di chuyển, hệ thống xếp hình. Trong đó,
hệ thống tầng di chuyển được lắp đặt phổ biến nhất tại Nhật Bản, Hàn Quốc.

+ Loại hệ thống chỉ lắp ngầm: hệ thống xoay vòng ngang, hệ thống xoay vòng
tầng.
+ Loại hệ thống chỉ lắp nổi: hệ thống xoay vòng đứng
+ Chi tiết mô tả các loại hệ thống này được đề cập tại phần sau

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

6

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

1.2 Các hệ thống bãi đỗ tự động.
1.2.1 Phân loại theo quy trình lưu chuyển.
1. Hệ thống thang máy- robot
2. Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang
3. Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang
4. Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng
5. Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn
6. Hệ thống thang nâng-dịch chuyển ngang
7. Hệ thống thang treo- quay vòng đứng
8. Hệ thống nâng hạ-dịch chuyển ngang
Các loại cơ cấu công tác :
- Cơ cấu cánh tay robot
- Cơ cấu móc kéo
- Cơ cấu tháo khớp
1.2.2 Phân loại theo hệ thống điều khiển

1. Hệ thống điều khiển bán tự động
2. Hệ thống tích hợp điều khiển PLC
3. Hệ thống điều khiển thông minh
1.2.3 Phân loại theo kiến trúc
1. Bãi đỗ lưu kho.
2. Bãi đỗ ngầm.
3. Bãi đỗ tháp trụ .
4. Bãi đỗ tháp đôi.
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

7

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

5. Bãi đỗ tháp tứ trụ.
6. Bãi đỗ tạm trú.
1.3 Một số hệ thống bãi đỗ xe tự động thông dụng.
1.3.1 Hệ thống thang máy-robot.
Thang máy: thang máy có nhiệm vụ nâng hạ robot tự hành từ vị trí bắt đầu đến
các tầng. Thang máy đảm bảo dừng chính xác tại địa điểm mà hệ thống điều khiển
chỉ định.
Robot tự hành: có nhiệm vụ từ vị trí đỗ (trên bàn thang máy) di chuyển trên
đường ray của mỗi tầng đến vị trí xác định (vị trí lưu đỗ) xếp hai bên đường ray. Tại
địa điểm “lấy ra” này, cánh tay robot di chuyển đến vị trí bánh xe oto rồi thực hiện
thao tác kẹp-nâng-kéo xe oto về bàn đỗ của robot. Tại địa điểm “xếp vào” thì thao
tác ngược lại.

Lưu đồ vận chuyển: Như hình 1.1.
Đặc điểm: Hệ thống này được sử dung rất rộng rãi cho lưu kho và đỗ xe có quy
mô lớn, hệ số an toàn cao (do vị trí lưu đỗ là tĩnh tại). Đặc biệt hệ thống này là giải
pháp tiết kiệm năng lượng lưu chuyển.
- Hệ số sử dung diện tích k=2/3.

Hình 1.1 Hệ thống thang máy-robot
1.3.2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

8

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Cổng trục: cổng trục có nhiệm vụ nâng hạ và dịch chuyển bàn thao tác (cơ cấu
công tác).
Bàn thao tác: là cơ cấu móc kéo chuyển pallet (khay chứa xe ô tô) từ bàn thao
tác vào/ra vị trí lưu đỗ.
Lưu đồ vận chuyển: Hình 1.2.
Đặc điểm: Hệ thống này có kết cấu nguyên lý đơn giản dễ điều khiển và thông
dụng, thích hợp với mô hình vừa và nhỏ do hạn chế về chiều cao của cổng trục.
Hệ số sử dung diện tích k=2/3

Hình 1.2 Hệ thống cổng trục-dịch chuyển ngang

1.3.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang
Thang nâng: thang nâng trong hệ thống này có dạng thang máy

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

9

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Cơ cấu vận chuyển: trên 1 tầng theo phương pháp đẩy-kéo trượt ngang
các pallet theo một vòng tròn khép kín (pallet có thể dịch chuyển theo phương
nằm ngang).
Cơ cấu công tác: thực hiện việc xếp vào/lấy ra khá đơn giản theo nguyên tắc
tháo khớp truyền lực giữa các pallet với nhau.
Lưu đồ vận chuyển Hình 1.3

Hình 1.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang
Đặc điểm: Hệ thống này cho hệ số sử dung diện tích khá cao ( >80% ) thường
sử dụng cho bãi đỗ ngầm. Nhược điểm của hệ thống này là chi phí năng lượng riêng
lớn.
1.3.4 Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng.
Thang cuốn: Thuộc loại xích tải nó có thể nâng-hạ pallet liên tục theo vòng
tròn đứng. Việc dịch chuyển trên mỗi tầng được thực hiện nhờ cơ cấu đấy kéo chuỗi
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

10

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

pallet theo từng nhịp (mỗi bước dịch chuyển bằng chiều rộng của pallet) chúng
dừng lại khi thẳn hàng với pallet trên thang cuốn.
Cơ cấu công tác: là cơ cấu tháo khớp. Khớp liên kết truyền lực giữa pallet liền
kề khi chúng thẳng hàng . Khi thang cuốn dịch chuyển thì khớp tự phân khai
Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.4
Đường lưu chuyển của hệ thống này là vòng tròn khép kín giữa tầng này với
tầng khác kết hợp với 02 thang cuốn.
Đặc điểm: Hệ thống này sử dụng rộng rãi cho bãi đỗ ngầm vì sử dụng tối đa
không gian, nguyên lý truyền động đơn giản và quen thuộc. Hạn chế của hệ thống
này ở chỗ phải sử dụng đến nhiều bộ truyền động, chi phí năng lượng riêng cao.

Hình 1.4 Hệ thống thang cuốn-quay vòng đứng
1.3.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn
Thang nâng: thực hiện 2 chuyển động nâng hạ theo phương đứng và quay
quanh trục của nó.
Cơ cấu công tác: thực hiện thao tác xếp vào/lấy ra nhờ cơ cấu cánh tay robot.
Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.5
Đặc điểm: Khi thang nâng nâng bàn robot kết hợp chuyển động quay vòng đến
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

11

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

vị trí xác định thì robot bắt đầu làm việc.

Hình 1.5 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn
1.3.6 Hệ thống thang nâng-dịch chuyển ngang
Thang nâng: thường sử dụng kiểu vận thăng ròng rọc kép di chuyển trên 4
đường ray theo phương thẳng đứng.
Cơ cấu móc kéo: thực hiện việc xếp vào/lấy ra khỏi vị trí đỗ, cơ cấu này được
đặt có định trên bàn cử thang nâng.
Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.6

Hình 1.6 Hệ thống thang nâng – dịch chuyển ngang
Khi thang nâng dừng ở vị trí xác định thì thì cơ cấu móc kéo đẩy-kéo pallet
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

12

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

theo phương ngang vào vị trí đỗ trên sàn hay bàn thang nâng.
Đặc điểm: Hệ thống này kết cấu đơn giản, dễ thi công, thường sử dụng cho bãi
đỗ kiểu tháp cao. Hệ số sử dung diện tích k= 2/3÷4/5

1.3.7 Hệ thống thang treo-quay vòng đứng
Thang treo: là 1 đôi bộ truyền xích tải , sàn đỗ xe được treo trên xích tải và di
chuyển theo vòng tròn đứng
Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.7
Đặc điểm: Hệ thống này nhỏ gọn rễ điều khiển, sử dụng duy nhất 1 bộ truyền
động hệ số sử dụng không gian khá cao (8-12 xe ô tô/30m2).

Hình 1.7 Hệ thống thang treo-quay vòng đứng
1.3.8 Hệ thống nâng hạ
Hệ thống này dùng cáp treo nâng hạ 3 vị trí đỗ/ 1 bộ truyền động
Sơ đồ lưu chuyển: Hình 1.8

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

13

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hình 1.8 Hệ thống nâng hạ

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

14

Lớp: CĐT12BKT

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
2.1 Thiết kế mô hình
2.1.1 Phân tích thông số đầu vào
Khảo sát về kích thước và trọng lượng xe gửi trong bãi đỗ ta có thể phân ra làm 3
loại:
 Loại 1: Dòng xe 5 chỗ (Sedan) có kích thước trung bình là khoảng
5,245mx2,120mx1,473m đại diên là Mercedes-Benz-S-Class Sedan trọng lượng
trong khoảng 1235kg-không tải
 Loại 2: Dòng xe 7 chỗ (SUV& Crossoves) Kích thước trung bình
5,085mx2,171mx1,920m mét đại diện là Mercedes-Benz-GL-Class SUV-GL550.
Trọng lượng trung bình cỡ 3250kg không tải
 Loại

3:

Dòng

xe

bán

tải

(Trucks)

Kích

thước

trung

bình

5,808mx2,029mx1,935m đại diện là Toyota-Tundra. Trọng lượng trung bình cỡ
4100kg không tải.
Từ các thông số về kích thước và trọng lượng xe như trên, ta có ý tưởng về
thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động như sau:
a) Ý tưởng thiết kế về hệ thống nhà xưởng.
Các bãi đỗ xe tự động thường được thiết kế có nhiều tầng, số lượng tầng và
khoang chứa xe trong một tầng phụ thuộc vào diện tích mặt bằng và hệ thống vận
chuyển xe được sử dụng. Các thiết kế này đặt việc tận dụng tối đa diện tích sử dụng,
đỗ được nhiều xe nhất trong cùng một đơn vị diện tích.
Bãi đỗ xe tự động có thể có dạng trụ với hệ thang máy nâng thẳng đứng và
xoay vòng ở giữa, hoặc dạng ngăn chứa với thang nâng cố định hoặc lăn dọc các
hành lang.
Bãi đỗ xe tự động lựa chọn trong đề tài được thiết kế theo dạng ngăn chứa
nhiều tầng. Hệ thống bãi đỗ tự động dạng này có lợi thế về hệ số sử dụng diện tích
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

15

Lớp: CĐT12BKT

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

cao vì phần lớn xe đều có kết cấu dạng hộp nên phù hợp với khoang chứa. Khi sử
dụng thiết kế này rất thuận lợi trong việc tính toán hành trình của thang máy, của
khay và Robot, vì đều là các chuyển động thẳng, dọc trục.

Hình 2.1 Cấu trúc bãi đỗ dạng ngăn chứa
b) Ý tưởng thiết kế khay
Khay: Là bộ phận nằm trên thang máy, và đỡ hệ nâng hạ xe. Khay sử dụng
trong hệ thống là khay hình chữ nhật, có ray ở hai bên. Hai đầu của khay dọc theo
chiều dài, có lắp 4 bánh xe, các bánh này có khả năng lăn trên ray dọc hành lang các
tầng. Thân của Khay ở hai đầu có hai bánh răng kết nối với động cơ, bánh răng này
ăn khớp với thanh răng trên robot. Khi bánh răng quay sẽ tạo lực đẩy robot tiến
hoặc lùi theo chiều dài khay (Ox).
c) Thiết kế hệ thống nâng hạ xe. Cấu trục hệ lấy xe thường sử dùng có hai dạng
chính là hệ tìm và quét bánh xe và hệ nâng xe dạng răng lược.
- Hệ thống tìm và quét bánh sử dụng rất hiệu quả, điều khiển đơn giản nhưng
kết cấu về các bộ truyền dẫn động tương đối phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao.
- Cấu trúc mang xe kiểu răng lược: Cấu trúc này gồm hai bộ phận là phần đỡ
vào bánh xe(chính là các răng lược) và phần nâng hạ. Phần nâng-hạ ta thường dùng
xilanh thủy lực hoặc sử dụng hệ thống vitme-đai ốc. Với xilanh thủy khí tuy điểu
khiển đơn giản, ổn định nhưng đổi lại cần thêm rất nhiều chi phí cho bơm dầu, hệ

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

16

Lớp: CĐT12BKT

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

thống van, các dây và kết nối rất tốn kém. Vì vậy trong đề tài đã lựa chọn cấu trúc
nâng-hạ vitme-Đai ốc. Cấu trúc này hoạt động theo nguyên lý của bộ truyền Vitmeđai ốc.
Vitme+ đai ốc sẽ được thiết kế( như hình bên dưới) nằm trên bộ phận số (3).
Một đầu cố định và một đầu có thể trượt dọc trục. Thanh “X” số (2) gồm 2 cơ cấu
thanh có kích thước bằng nhau được nối lồng không với nhau ở tâm quay, (1) là cơ
cấu dạng răng lược, các răng được bố trí hợp lý để có thể đi qua được hệ thống răng
trong khoang chứa.

Hình 2.2 Cấu trúc răng lược.
d) Lựa chọn thang máy.
Có nhiều dạng cấu trúc nâng hạ sử dụng cho thang máy như sử dụng động cơ
quay tời, dùng xi lanh thủy lực, hoặc đơn giản là dùng đối trọng.
 Với cấu trúc sử dụng xilanh thủy lực: Có cấu tạo như hình dưới. Cấu trục này
hoạt động trơn tru, không gây ồn, điều khiển dễ dàng nhưng vì xilanh thủy lực có
kích thước giới hạn nên khi sử dụng cho nhà cao tầng thì không hợp lý.

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

17

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hình 2. 3 Thang máy thủy lực.

 Thang máy đối trọng sử dụng nguyên lý cân bằng lực giữa hai bên dòng dọc
để điều khiển thang máy nâng hạ. Không dùng được hệ này vì độ an toàn chưa cao.

Hình 2.4 Thang máy đối trọng.
 Cấu trúc thang máy dòng dọc và tời kéo đa cấp, sử dụng động cơ bước với
điều khiển biến tần. Trong hệ này, dòng dọc tời kéo có khả năng tự hãm cao, tải
trọng chịu được lớn. Động cơ có môment xoắn lớn, có thể điều khiển các góc quay
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

18

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

rất chính xác. Nhược điểm là điều khiển khó khăn vì dùng biến tần, giá thành cao,
yêu cầu về bảo dưỡng tốn kém. Tuy vậy, trong trường hợp thực hiện mô hình mô
phỏng ta vẫn có thể sử dụng cấu trúc thang máy dạng này vì khi yêu cầu đầu vào về
nâng hạ của thang thay đổi (nhỏ hơn) ta hoàn toàn có thể giản ước cấu trúc thang
máy để phù hợp với yêu cầu của đề bài. Phần này sẽ được làm rõ trong chương III.

Hình 2.5 Thang máy dòng dọc tời kéo đa cấp.
2.1.2 Lắp ghép ý tưởng vào hệ thống:
- Hệ thống này được thiết kế gồm 18 vị trí đỗ xe chia làm 3 tầng, mỗi tầng chia
làm hai làn hai bên trái-phải. Robot dịch chuyển ở giữa.
- Tại mỗi tầng có một hệ thống ray, đường ray này sẽ là đường để robot dịch
chuyển theo phương Oy, mỗi khoang chứa đều có ray trong khoang-để robot đẩy hệ
nâng hạ vao gửi hoặc lấy xe theo phương Ox.

- Một thang máy di chuyển lên xuống có nhiệm vụ vận chuyển Robot lên các
tầng (phương Oz)
GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

19

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hình 2.6 Hình ảnh hoàn thiện của ý tưởng.
2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.
Nguyên lý hoạt động của toàn hệ thống đưa về các chuyển động sau
 Chuyển động nâng- hạ của thang máy Oz.
 Chuyển động lăn dọc hành lang của robot theo phương Oy.
 Chuyển động tiến lùi hệ nâng hạ của Robot.
 Và chuyển động nâng hạ của của cơ cấu nâng hạ trên robot.
Thao tác gửi xe: Xe nằm ở vị trí gửi xe, tín hiệu lựa chọn vị trí từ bàn phím được
kích hoạt. Robot lấy xe từ vị trí gửi, rồi về thang máy. Thang đưa robot đến tầng đã
chọn và dừng lại. Robot lăn dọc tầng, dừng ở cửa khoang chứa và đẩy bộ phận nâng
hạ vào khoang, hạ xe xuống và thoát ra hoàn thành thao tác gửi.
Thao tác lấy xe: Nhận lệnh chính xác về vị trí xe cần lấy từ bàn phím, thang
đưa robot đến tâng đã chọn, robot lăn dọc hành lang đến của khoang chứa và đẩy hệ
nâng hạ vào gầm- nâng và lấy xe. Robot lăn về thang máy và trở về vị trí gửi xe
hoàn thành thao tác lấy xe.
2.3 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống
2.3.1 Ưu điểm
 Kết cấu cũng như kiến trúc đơn giản, phù hợp với điều kiện xây dựng thực

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

20

Lớp: CĐT12BKT


Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

tế, có tính khả thi cao.
 Khả năng chuyên môn hóa của từng cơ cấu cao, cũng như giảm thiểu được
số cơ cấu cơ khí. Có khả năng modul hóa từng bộ phận.
 Quy trình cất, lấy xe đơn giản.
 Mô hình còn có thể mở rộng cho kiến trúc nhiều tầng và đa cấp vị trí trên
từng tầng ở 2 phía hành lang.
 Do loại bỏ nhu cầu về đường dẫn và đường dốc cho xe ô tô, cùng với yêu cầu
kĩ thuật về chiều cao từng ngăn chứa xe nhỏ nên không gian khu vực đỗ xe được sử
dụng hiệu quả, sức chứa tăng, không gian trung bình cho mỗi chỗ đỗ bằng 30-50%
so với đỗ xe thông thường.
 Bãi đỗ chỉ dành cho xe, không liên quan đến con người nên được loại bỏ
hoàn toàn các tiêu chuẩn an toàn trên con người như hệ thông gió, tiêu chuẩn nồng
độ khí thải, hay an toàn khi xảy ra cháy nổ…
2.3.2 Nhược điểm
 Chi phí ban đầu lớn.
 Hiện trên hệ thống thiết kế có một thang máy nên gửi và lấy tương đối tốn
thời gian.
 Khi số vị trí gửi xe trong một tầng tăng lên cấp cao,Robot cất- trả xe tốn thời
gian gấp nhiều lần.

 Vị trí chờ của thang máy là vị trí gửi xe, chưa tối ưu vì hành trình vẫn có
khoảng chạy không khi đi lên lấy xe, đi xuống khi gửi xong xe.
2.4 Các cụm kết cấu chính của mô hình hệ thống đỗ xe tự động
2.4.1 Cơ cấu Robot:

GVHD: Ts. Đỗ Đức Nam
SVTH: Lê Hữu Phước

21

Lớp: CĐT12BKT