鄭澤民，劉 毅

（杭州?？低曄到y(tǒng)技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310052）

1 研究背景

按照駕車人是否進(jìn)入停車區(qū)域，傳統(tǒng)的停車場/庫一般分為自走式和非自走式（智能車庫）2種。智能車庫按照“車輛搬運(yùn)器”行走的路線是否固定，又分為軌道智能庫和非軌道/自由智能車庫（機(jī)器人停車庫）。而非軌道車庫中車輛的搬運(yùn)需要由機(jī)器人（AGV）來識別需要停泊的車輛，并按照庫位的實時占用情況來合理選擇最優(yōu)停泊的空車位，并將車輛搬運(yùn)到對應(yīng)的車位中，技術(shù)相對復(fù)雜且門檻高，因此這種機(jī)器人停車庫的智能化程度、技術(shù)先進(jìn)性相比傳統(tǒng)軌道智能庫高很多。

AGV（Automated Guided Vehicle）自動導(dǎo)引運(yùn)輸車是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑自主行駛，并具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。AGV屬于輪式移動機(jī)器人（WMR，Wheeled Mobile Robot）的范疇，一般以蓄電池為動力驅(qū)動電機(jī)來承擔(dān)。AGV內(nèi)有非接觸導(dǎo)航（導(dǎo)引）的功能裝置，可實現(xiàn)無人駕駛的運(yùn)輸作業(yè)。停車AGV的主要功能表現(xiàn)為車輛定位、車輛移動和交換、駐車、取車以及支付等一系列功能。該系統(tǒng)方案是在計算機(jī)管控系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)度下，AGV按動態(tài)的路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并?？康街付ǖ攸c(diǎn)，完成相關(guān)的轉(zhuǎn)移和交換作業(yè)功能。AGV根據(jù)承載和交換車輛的方式不同，分為3種產(chǎn)品形態(tài)：托盤式、梳齒式和機(jī)械手式。其中，機(jī)械手的AGV具有相對的先進(jìn)性和更大的適應(yīng)性而被業(yè)界所看好，是當(dāng)今的發(fā)展熱點(diǎn)，也是未來的發(fā)展趨勢。

在這樣的背景下，?？低曉谧灾鏖_發(fā)物流機(jī)器人的基礎(chǔ)上，在公司制造生產(chǎn)基地園區(qū)內(nèi)部使用2年多的實際應(yīng)用和多個案例基礎(chǔ)上，依托?？低暥嗄暝趫D像處理、硬件設(shè)計及嵌入式軟件領(lǐng)域技術(shù)和開發(fā)經(jīng)驗的積累，以及“阡陌”產(chǎn)品線歷經(jīng)多年來精雕細(xì)琢已成熟應(yīng)用的核心技術(shù)，針對城市“停車難”的熱點(diǎn)問題，自主進(jìn)行技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新，于2016年烏鎮(zhèn)物聯(lián)網(wǎng)大會上發(fā)布了基于托盤式的智能停車系統(tǒng)解決方案的工程案例。

2 關(guān)鍵技術(shù)對比分析

2.1 導(dǎo)航和定位技術(shù)

所謂AGV導(dǎo)引方式是指決定其運(yùn)行方向和路徑的方式，不同于前面所說的一般通信。常用的導(dǎo)引方式分2大類：車外預(yù)定路徑方式和非預(yù)定路徑方式。

（1） 磁導(dǎo)航方式。

磁導(dǎo)航即磁條導(dǎo)航，原理是在路面上鋪設(shè)磁條，通過磁導(dǎo)航傳感器不間斷的感應(yīng)磁條產(chǎn)生的磁信號實現(xiàn)導(dǎo)航，并讀取預(yù)先埋設(shè)的磁條卡來完成指定任務(wù)。磁導(dǎo)航成本較低，實現(xiàn)較為簡單。但此導(dǎo)航方式靈活性差，AGV只能沿磁條行走，更改路徑需重新鋪設(shè)磁條，無法通過控制系統(tǒng)實時更改任務(wù)，且磁條容易損壞，后期維護(hù)成本較高。

（2）激光導(dǎo)航方式。

激光導(dǎo)航是在AGV行駛路徑的周圍安裝位置精確的激光反射板，AGV通過發(fā)射激光束，同時采集由反射板反射的激光束，來確定其當(dāng)前的位置和方向，并通過連續(xù)的3點(diǎn)定位模式運(yùn)算來實現(xiàn)AGV的導(dǎo)航。

此技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是AGV定位精確；地面無需其他定位設(shè)施；行駛路徑可靈活多變，能夠適合多種現(xiàn)場環(huán)境，它是目前國外許多AGV生產(chǎn)廠家優(yōu)先采用的先進(jìn)導(dǎo)航方式。缺點(diǎn)是制造成本高，對環(huán)境要求相對苛刻（外界光線、中間無遮擋、能見度等要求）。

（3）視覺導(dǎo)航方式。

視覺導(dǎo)航的機(jī)理是在AGV的行駛路徑上涂漆或粘貼色帶，通過對攝像機(jī)采集的色帶圖象信號進(jìn)行識別和處理，AGV小車據(jù)此自動識別和判斷路徑（在控制中心中設(shè)置有AGV行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)據(jù)庫）而實現(xiàn)導(dǎo)航。AGV行駛過程中，攝像機(jī)動態(tài)獲取車輛周圍環(huán)境圖像信息并與圖像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，從而確定當(dāng)前位置并對下一步行駛做出決策。這種方式由于不要求人為設(shè)置任何物理路徑，因此在理論上具有最佳的引導(dǎo)柔性，隨著計算機(jī)圖像采集、儲存和處理技術(shù)的飛速發(fā)展，其實用性越來越強(qiáng)。

該技術(shù)的靈活性比較好，地面路線設(shè)置簡單易行，但對色帶的污染和機(jī)械磨損十分敏感，對環(huán)境要求高，導(dǎo)航可靠性較差，且實現(xiàn)精確定位的難度較大。

（4） 慣性導(dǎo)航。

慣性導(dǎo)航是在AGV上安裝陀螺儀，在行駛區(qū)域的地面上安裝定位塊，AGV可通過對陀螺儀偏差信號的計算及地面定位塊信號的采集來確定自身的位置和方向，經(jīng)過運(yùn)算得到速度和位置，從而達(dá)到對運(yùn)載體導(dǎo)航定位的目的。此項技術(shù)在軍方運(yùn)用較早，主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)先進(jìn)，定位準(zhǔn)確性較高，靈活性強(qiáng)，便于組合和兼容，適用領(lǐng)域廣，已被國外許多AGV生產(chǎn)廠家采用。缺點(diǎn)是制造成本較高，AGV引導(dǎo)的精度和可靠性與陀螺儀的制造精度及使用壽命密切相關(guān)。組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備都安裝在運(yùn)載體內(nèi)，工作時不依賴外界信息，不向外界輻射能量，不易受到干擾，是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。

慣性導(dǎo)航AGV的導(dǎo)引方式是無軌跡導(dǎo)航方式，地面不需要鋪設(shè)導(dǎo)引路徑，相對于磁導(dǎo)航AGV，慣性導(dǎo)航AGV為無軌跡導(dǎo)航AGV產(chǎn)品，可不按固定路線行駛，具有更大的運(yùn)動自由度，更適用于智能倉儲物流、車間移動裝配等，可多AGV并行工作。

下面從采購成本、施工難度、系統(tǒng)柔性、可維護(hù)性和成熟度5個維度進(jìn)行對比分析（見表1）。

2.2 車輛交換技術(shù)

停車設(shè)備的交換方式可以分為3類；有載車板的交換技術(shù)和無載車板的交換技術(shù)，而無車板交換方式根據(jù)存取車時采用交換機(jī)構(gòu)是梳齒交換還是機(jī)械手搬運(yùn)可再細(xì)分為2種。以下將對目前市場上主流的3種交換技術(shù)及特點(diǎn)展開介紹，并進(jìn)行簡單的分析對比。

（1）載車板方式。

載車板是立體車庫中應(yīng)用較為廣泛的一種汽車搬運(yùn)方式。該AGV工作方式為：汽車停放在車抬板上，AGV鉆入車抬板底下舉升車抬板，然后把汽車和車臺板一同運(yùn)載到指定停車位置上。汽車停放好之后，AGV可以再抬另一個車臺板，以便停放下1輛汽車。此種類型的停車AGV需要每個停車位上有車抬板裝置。這種AGV因牽涉到要取空車板或存空車板的情況，搬運(yùn)效率相對較低，但是制造工藝簡單，方便工程實施，成本較低。

（2）梳齒交換方式。

所謂梳齒就是擁有多個齒隙的像金屬梳子的裝置。梳齒式AGV的工作方式為：內(nèi)梳齒固定，外梳齒設(shè)置在AGV上，搬運(yùn)器利用梳齒間隙，通過AGV上下升降移動實現(xiàn)梳齒的交叉換位，從而實現(xiàn)車輛的搬運(yùn)交接。這種類別適用于現(xiàn)有經(jīng)改造的或新建的平面停車庫等汽車搬運(yùn)領(lǐng)域，運(yùn)行效率相對載車板高。但是伸出的梳齒需要支撐起整輛汽車的承重，對強(qiáng)度和剛度要求較高，制造工藝難度大。

表1 采購成本、施工難度、系統(tǒng)柔性、可維護(hù)性和成熟度對比分析

表2 采購成本、施工難度、系統(tǒng)柔性、可維護(hù)性和成熟度及技術(shù)先進(jìn)性對比分析

（3）機(jī)械手方式。

原理是AGV需要直接鉆入車輛下面，利用AGV的夾持裝置將車輛輪胎夾起，把汽車送到停車位上。與梳齒型相比，它有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，但由于車輛底盤的問題，需要AGV的高度一般不能高于100mm，而且抬舉的重量也需要適合多種車型，所以制造難度和工藝要求很高。

表2從采購成本、施工難度、系統(tǒng)柔性、可維護(hù)性和成熟度及技術(shù)先進(jìn)性等6個維度進(jìn)行了對比分析。

3 智能泊車系統(tǒng)架構(gòu)和主要特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

整個系統(tǒng)主要由出入口安全控制模塊，泊車引導(dǎo)和提醒的輔助控制、車輛接駁檢測和控制模塊，庫區(qū)車輛運(yùn)輸和停泊控制模塊，系統(tǒng)總控制模塊，存取車和支付客戶端模塊等5大部分組成，其中：

（1）出入口安全控制模塊主要完成車輛進(jìn)出的道閘控制和圖像的抓拍和識別功能；

（2）泊車引導(dǎo)和提醒的輔助控制模塊主要完成在有關(guān)場庫的空余情況、車輛進(jìn)入泊車區(qū)以及在泊車臺的位置偏移情況等信息的提醒和反饋，提高整個系統(tǒng)用戶體驗的職責(zé)和目標(biāo)；

（3）車輛接駁和停車輔助控制模塊主要完成指引車輛停泊到指定車位中，并對車輛的具體位置和物理尺寸進(jìn)行檢測，如果存在誤差就進(jìn)行警示和糾偏；

（4）庫區(qū)車輛運(yùn)輸和停泊控制模塊主要接收控制中心的指令，完成將車輛從接駁臺運(yùn)輸?shù)街付ǖ目哲囄恢械哪繕?biāo)任務(wù)，或者將指定車位的車輛運(yùn)輸?shù)杰囕v接駁臺；

（5）車輛存取和支付客戶端模塊主要接收駕車人輸入的停車和取車指令請求，并將這些請求轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng)平臺，最終轉(zhuǎn)成控制AGV進(jìn)行存取車的任務(wù)目標(biāo)；另外，本模塊完成車輛停泊的計費(fèi)和進(jìn)行電子支付的職責(zé)。

具體的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3.2 主要產(chǎn)品及應(yīng)用功能特點(diǎn)

AGV功能特征：

（1）自主定位導(dǎo)航，采用慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航等技術(shù)實現(xiàn)精準(zhǔn)定位；

（2）柔性運(yùn)動控制，采用4組差速驅(qū)動單元，支持360°全向運(yùn)動；

（3）智能電源管理，支持多等級電量閥值控制，低電量時自主充電，完成充電后自主返回工作；

（4）設(shè)備狀態(tài)指示，通過雙色燈、數(shù)碼管提示電量、設(shè)備狀態(tài)等；

（5）融合多種高精度傳感器，激光掃描檢測避障，急停按鈕安全防護(hù)，實現(xiàn)安全可靠的運(yùn)動控制。

應(yīng)用功能特征：

（1）根據(jù)存/取車潮汐流量變化，本系統(tǒng)支持出口/入口功能熱切換，以滿足駕車人的高效率存/取車需求；

（2）車輛的?？刻峁┤拜o助泊車功能，并同時進(jìn)行圖像抓拍留存記錄；

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（3）輔助泊車：包含車輛停車位置的自動/人工校正機(jī)制和視頻全息輔助泊車；

（4）智能化體驗：場內(nèi)車輛引導(dǎo)和前方空余車位指示，以及自主存/取車等智能化功能。

3.3 關(guān)鍵產(chǎn)品

智能泊車機(jī)器人作為該系統(tǒng)的關(guān)鍵產(chǎn)品，智能泊車機(jī)器人外觀見圖2，其主要指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)見表3。

4 2種技術(shù)綜合分析

立體車庫是一種用來存取車輛的機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)裝置，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共可分為9大類，平面移動類與巷道堆垛類等一般統(tǒng)稱為倉儲式機(jī)械式立體車庫，其中的智能型車庫一般具有搬運(yùn)車輛的小車，駕車人只要將車輛開到接駁臺中，搬運(yùn)小車沿著固定的軌道行跡將車輛運(yùn)輸?shù)娇哲囄恢小＿@樣的停車庫業(yè)內(nèi)也稱為智能庫，本文在此簡稱為“傳統(tǒng)智能庫”。

下面圍繞2種智能技術(shù)的差異性和適應(yīng)的場景進(jìn)行綜合分析。

“傳統(tǒng)智能庫”的控制多采用PLC的機(jī)電控制方式，搬運(yùn)器的動力采用市電和機(jī)電控制，沿著固定的機(jī)械軌道進(jìn)行上下和左右的運(yùn)動；一般適合于地理和形狀規(guī)則、規(guī)模不大并且供電有保障的停車庫，不足之處是系統(tǒng)柔性小，噪聲大，維護(hù)困難。

圖2 智能泊車機(jī)器人外觀

“AGV智能庫”是采用通訊和人工智能為主要關(guān)鍵技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)備，AGV的運(yùn)動一般采用蓄電池中的直流控制驅(qū)動，并自主定位和自由行走，一般適合于地理形狀不規(guī)則、規(guī)模大并且供電狀況不佳的停車場所。該方案不足之處是AGV單體成本高，缺少專業(yè)性的技術(shù)規(guī)范指引和參考。

由于停車AGV是技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品和解決方案，還沒有進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段，相對而言單體成本較高。按行業(yè)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，立體停車樓（自走式停車庫）的綜合建設(shè)成本要比倉儲式機(jī)械式立體車庫高。這是因為自走式停車庫的層高要求3.6m，而倉儲式機(jī)械式立體車庫僅需要1.8m（一般小汽車和SUV高度在1.6m左右），這樣可以攤薄單體AGV設(shè)備價格居高的暫時問題，非常適合于有一定規(guī)模的倉儲式車庫。二者多維度特性的優(yōu)劣勢對比和分析見表4。

智能AGV庫可以增加更多的車位。由于人不與庫區(qū)隔離，與傳統(tǒng)升降橫移類車庫相比，智能AGV能夠100%增加上層停車位，另外無需預(yù)留避讓空間而浪費(fèi)寶貴的停車空間，有效車位比傳統(tǒng)升降橫移增加更多。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定增長和汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，城市機(jī)動車擁有量急劇增加，由于停車設(shè)施不足所帶來的停車難問題在我國的大中城市日益嚴(yán)重，而智能停車庫自身無人化運(yùn)行機(jī)制，車庫不僅避免了相互之間的擦、刮、碰等意外情況發(fā)生等特性，保證了用戶的人身安全和車輛安全，同時一定程度上緩解了城市停車難的問題。因此AGV智能車庫未來的市場前景將越來越廣闊。

5 AGV智能庫在應(yīng)用中的問題和建議

停車AGV產(chǎn)品在應(yīng)用中也面臨著新技術(shù)推廣的問題，例如標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性政策的缺失，用戶不了解，政府監(jiān)管和督導(dǎo)不力，產(chǎn)品仍需進(jìn)一步完善等諸多問題，本文總結(jié)主要問題如下：

表3 智能泊車機(jī)器人主要指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)

表4 2種技術(shù)多維度特性的優(yōu)劣勢對比和分析

（1）如何發(fā)揮AGV智能庫的特點(diǎn)和優(yōu)勢？新技術(shù)解決方案適合大平層倉儲式存取車的需求場景，能解決不規(guī)則形狀的停車區(qū)域的面積。另外，由于無人進(jìn)入/值守和較小的轉(zhuǎn)彎半徑，所以可以大為減少車位的空間占用，提高車庫的停車數(shù)量。但是，由于是新技術(shù)和解決方案，設(shè)計機(jī)構(gòu)對此技術(shù)和特點(diǎn)不了解，如果還是按照原來的建筑規(guī)范和自走式的建筑規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，本方案和技術(shù)的優(yōu)勢和特點(diǎn)難以體現(xiàn)。

解決該問題的舉措：解決方案提供方需要加強(qiáng)與建筑設(shè)計機(jī)構(gòu)的前期溝通和技術(shù)宣貫及培訓(xùn)，在規(guī)劃設(shè)計階段就將這個技術(shù)特點(diǎn)植入到前期建筑設(shè)計中。

（2）高峰流量如何處置大批量的存取車？2種智能車庫都需要無人值守，都是采用小車將車輛轉(zhuǎn)運(yùn)到庫的車位中，存在系統(tǒng)處理能力的瓶頸，特別在高峰階段，該問題尤其突出。

解決的辦法有2種：一是增加小車的行走速度，另外是加強(qiáng)高峰停車時的管理方式。規(guī)定高峰期間采用單一的管理方式：固定存/固定取，可以提高整個系統(tǒng)的吞吐量。

（3）平峰時期如何加快個體的應(yīng)急取車？智能車庫一般的存取車時間大概2min，這是不可改變的。但是針對個別突發(fā)取車的潛在情況和需求，建議可以采用系統(tǒng)化的思路來解決——利用預(yù)約取車技術(shù)方法：取車人還沒有到停車場時，采用專用停車APP給系統(tǒng)發(fā)送預(yù)約取車的指令；系統(tǒng)收到以后，會根據(jù)預(yù)約取車的時間提前將對應(yīng)的車輛搬運(yùn)到取車區(qū)域；這樣取車人一到特定的取車場地就可以實現(xiàn)馬上電子支付停車費(fèi)后即可開車離開。

（4）故障和應(yīng)急如何處置？智能車庫的組成需要一些復(fù)雜的設(shè)備和系統(tǒng)保障，但是這些設(shè)備和系統(tǒng)難免會出現(xiàn)單體的故障問題。如果出現(xiàn)單體的故障問題，面對的問題就是無法存取車的現(xiàn)場。針對這個問題，建議在系統(tǒng)設(shè)計中增加AGV的數(shù)量和中心控制系統(tǒng)的容錯能力，另外還需要提供單體設(shè)備本身的自檢能力和報警機(jī)制，這樣才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和用戶的體驗。

（5）如何進(jìn)行日常維護(hù)和巡查保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行？智能化泊車是無人值守型的系統(tǒng)，但絕不是不需要人員進(jìn)行必要的監(jiān)管和日常維護(hù)，一般對檢測的要求和頻度還特別高。由于停泊的車輛無法選擇和預(yù)先控制，所以停車庫區(qū)的環(huán)境要求和技術(shù)保障顯得非常必要和重要。由于是全智能化的產(chǎn)品和系統(tǒng)，技術(shù)提供商需要提供更加豐富多樣的檢測手段和工具。例如?？低暤腁GV智能泊車解決方案提供了專門的小型化的檢測和維護(hù)AGV小車，這樣的專業(yè)工具可以按照庫內(nèi)的路徑進(jìn)行自主遍歷所有路徑，將路徑中的路況情況數(shù)據(jù)采集起來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并形成建議報告。如果定位二維碼破損了，可以提示重新生成二維碼進(jìn)行更換。

（6）傳統(tǒng)立體車庫發(fā)展到至今已經(jīng)有20 30年的時間了，國家也相繼制定了相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，出臺了工程設(shè)計規(guī)范和驗收標(biāo)準(zhǔn)，所以得到大規(guī)模的推廣。但是智能AGV技術(shù)產(chǎn)品出現(xiàn)的時間不長，從技術(shù)到工程設(shè)計以及驗收都沒有相應(yīng)可參考和借鑒的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，是按照一般的倉庫對待，還是按照傳統(tǒng)車庫對待？建筑設(shè)計者應(yīng)該如何來規(guī)劃車位？當(dāng)下的問題是莫衷一是。另外，共享經(jīng)濟(jì)的發(fā)展（其實泊車AGV的變更可以改變建筑物的環(huán)境問題，更好適應(yīng)當(dāng)下過度發(fā)展）也一定程度上影響了AGV的深度應(yīng)用和推廣。

以上問題是體系性的問題，非短時間能改變，如果長期得不到改善和解決，那么必然會阻礙新技術(shù)和產(chǎn)品的升級和推廣，將極大影響和遲滯先進(jìn)技術(shù)和行業(yè)的進(jìn)步。在此，本文特別呼吁業(yè)內(nèi)及行業(yè)主管機(jī)構(gòu)引起重視并群策群力，盡快解決此類問題，為中國的智能化技術(shù)和產(chǎn)品能在市場上占據(jù)一席之地助力。