文/闕景陽 涂夢瑾

隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，汽車的保有量快速提升，但城市化進(jìn)程的加速和城市規(guī)劃的不合理等因素造成了汽車停車位的嚴(yán)重不足。停車難、停車亂等問題已經(jīng)成為制約城市發(fā)展的頑疾。

自從我國立體車庫行業(yè)發(fā)展二十多年以來，加快存取車效率、提高空間利用率、減少車庫施工量、強(qiáng)化產(chǎn)品適應(yīng)性等目標(biāo)始終擺在前列，繼深圳怡豐機(jī)器人科技有限公司（以下簡稱“深圳怡豐”）先后推出梳齒AGV、臺板AGV以來，國內(nèi)外市場對停車AGV產(chǎn)生了強(qiáng)烈的認(rèn)同。

停車AGV繼承了普通AGV的全向移動(dòng)、路徑柔性靈活、自動(dòng)導(dǎo)航不需要鋪設(shè)軌道、地面適應(yīng)程度高、智能化高等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)停車場庫相比，AGV停車庫具有車位數(shù)量多、空間利用率高、能適應(yīng)異型場地、自動(dòng)存取車、存取快速、停車安全、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用在不規(guī)則的異型車庫中，特別適用老舊車庫的改造和新車庫的建設(shè)。

AGV停車庫處于發(fā)展的初始時(shí)期，為解決停車難的問題開辟了新的思路，做出了突出的貢獻(xiàn)。目前國內(nèi)外主流成熟的停車AGV多數(shù)以梳齒AGV和臺板AGV為主。但梳齒AGV需要在地面安裝梳型架，破壞地面增加施工量；臺板AGV需要載車板（臺板），增加了車庫的建筑高度并且存取車需要2次換板，效率不高。這兩款A(yù)GV都屬于有介質(zhì)停車，即搬運(yùn)、存儲(chǔ)汽車都需要除AGV車體外的其他輔助介質(zhì)幫助下完成，這也成為AGV車庫發(fā)展的一個(gè)制約因素。

針對此現(xiàn)狀，深圳怡豐研發(fā)了一款滾筒型無介質(zhì)停車AGV。該產(chǎn)品采用“夾持機(jī)構(gòu)”、“車載滾筒”和“AGV車體”三者同步配合的方式，實(shí)現(xiàn)原地對汽車的直接搬運(yùn)，在行業(yè)內(nèi)引起較大反響。

一、停車AGV現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)外市場的停車AGV主要有“梳齒型”、“臺板型”、“夾輪胎型”等三種形式。國內(nèi)AGV停車機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展迅速，目前已有近20余家企業(yè)開始涉足。其中既有傳統(tǒng)的立體車庫企業(yè)，也有工業(yè)/物流AGV企業(yè)。

圖1：梳齒型停車AGV

1.梳齒型停車AGV

梳齒型停車AGV是通過車身梳齒型結(jié)構(gòu)與車位或出入口平臺的梳型結(jié)構(gòu)交錯(cuò)搬運(yùn)車輛，實(shí)現(xiàn)車輛存取的一種智能停車AGV，如圖1。梳齒型停車AGV的工作原理是外梳齒固定，內(nèi)梳齒設(shè)置在AGV上，可進(jìn)行上下交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，通過AGV的舉升機(jī)構(gòu)上下升降，即內(nèi)梳齒的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛的存取。每個(gè)車位都設(shè)有固定的梳型架，出入口停車平臺也需設(shè)置停車梳型架。2015年深圳怡豐在國內(nèi)率先研發(fā)出了梳齒型停車AGV，并在南京夫子廟地鐵站投入商用。

圖2：臺板型停車AGV

2.臺板型停車AGV

臺板型停車AGV是一種通過車臺板搬運(yùn)汽車，實(shí)現(xiàn)汽車存取的一種智能停車服務(wù)機(jī)器人，如圖2。這種停車AGV的工作方式是：汽車停放在車臺板上，AGV潛入臺板下舉起臺板，然后AGV把汽車和臺板搬運(yùn)到指定停車位或者出入口。此類型的停車AGV需要每個(gè)停車位上都有車臺板，每一次的存取車要有臺板的2次搬運(yùn)，所以存車效率不高。由于臺板AGV的“潛入臺板”特性，所以車位可以橫向縱向布置，車位利用率比較高。

美國Boomerang和ParkPlus是最早開發(fā)出車臺板型停車AGV的公司。Crystal Springs Resort是Boomerang第一個(gè)商業(yè)運(yùn)營自動(dòng)代客泊車系統(tǒng)，車位數(shù)量40個(gè)。ParkPlus研發(fā)了ParkPlusAGVSystem系統(tǒng)，也是基于車臺板交換技術(shù)的停車機(jī)器人及自動(dòng)代客泊車系統(tǒng)，目前已在BrooklynHeights、Greenwich等地方的項(xiàng)目中應(yīng)用。2016年深圳怡豐在國內(nèi)推出了臺板型停車AGV，并在阿布扎比等項(xiàng)目上投入商用。?？低曉跒蹑?zhèn)的臺板型停車AGV也已經(jīng)投入使用。

圖3：Ray夾輪胎型停車AGV

3. 夾輪胎型停車AGV

夾輪胎型停車AGV是通過加持機(jī)構(gòu)夾起汽車輪胎實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的停車機(jī)器人，如圖3。德國Serva Transport Systems GmbH公司開發(fā)了Ray自動(dòng)泊車機(jī)器人及自動(dòng)泊車系統(tǒng)，已在杜塞爾多夫機(jī)場實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。杜塞爾多夫機(jī)場停車場有大約260個(gè)車位。乘客存放汽車時(shí)，將汽車停放在中轉(zhuǎn)站，隨后中轉(zhuǎn)站的激光掃描器掃描汽車的外形尺寸和軸距等參數(shù)，并傳輸給Ray；然后Ray根據(jù)測量的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整叉臂位置，將汽車抬起并運(yùn)送至指定車位。

圖4：滾筒型無介質(zhì)停車AGV

4.各類型停車AGV機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)比較

搬運(yùn)介質(zhì)上：梳齒型停車AGV需要在地面安裝梳型架，臺板型停車AGV需要載車板，夾輪胎型停車AGV不需要搬運(yùn)介質(zhì)。

存取車速度上：梳齒型停車AGV其存取車簡單，故速度最快；夾輪胎型停車AGV速度次之；臺板型停車AGV由于需要二次還板，所以速度最慢。

車位利用率上：臺板型停車AGV可以橫向存取車，可以有橫向、豎向車位，其車位利用率最多；梳齒型停車AGV只能有豎向車位，但可以做重列車位，故車位利用率次之；夾輪胎型停車AGV只能用側(cè)向車位，且一個(gè)巷道無法實(shí)現(xiàn)雙重列，故車位利用率最低。車位利用率是AGV車庫的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。

圖5：驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)模塊

二、滾筒型無介質(zhì)停車AGV技術(shù)分析

滾筒型無介質(zhì)停車AGV無需梳型架載車板等中間介質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對汽車的直接存取。滾筒型無介質(zhì)停車AGV采用“夾持機(jī)構(gòu)”、“車載滾筒”和“AGV車體”三者同步配合的方式實(shí)現(xiàn)原地對汽車的直接搬運(yùn)，對汽車車輪和底盤沒有損害。

1.滾筒型無介質(zhì)停車AGV的方案介紹

滾筒型無介質(zhì)停車AGV(如圖4)由AGV控制單元、載車控制單元、AGV機(jī)械車體等三大單元組成。滾筒型無介質(zhì)停車AGV使用四舵輪驅(qū)動(dòng)總成及激光、SLAM導(dǎo)航技術(shù)，AGV在運(yùn)行過程中可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、自旋、橫移、原地掉頭等功能。最大運(yùn)行速度90m/s，可滿足停車AGV的實(shí)際需求。

AGV控制單元是AGV的基本組成，AGV控制單元由導(dǎo)航模塊、導(dǎo)引模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、通信模塊、調(diào)度模塊等組成。導(dǎo)航模塊是AGV的眼睛，實(shí)現(xiàn)AGV位置坐標(biāo)的獲取。滾筒型無介質(zhì)停車AGV采用激光導(dǎo)航、SLAM導(dǎo)航、磁釘導(dǎo)航三種導(dǎo)航方式，配合先進(jìn)陀螺儀模塊，定位精度在±5mm以內(nèi)。導(dǎo)引模塊完成AGV軌跡的運(yùn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)了：

直線方程：

圓方程：

四次方曲線方程:

B-spline曲線：

等運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤。運(yùn)動(dòng)控制模塊采用Can總線控制電機(jī)速度和位置。Can總線協(xié)議最早是為了統(tǒng)一汽車車載設(shè)備間通信的標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)的協(xié)議，后來由于其高速、穩(wěn)定、可靠等特點(diǎn)，已經(jīng)被ISO標(biāo)準(zhǔn)化并廣泛應(yīng)用于工控、醫(yī)療等領(lǐng)域，目前依然是歐洲汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。滾筒型無介質(zhì)停車AGV使用Canopen標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議CIA402進(jìn)行先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制，使用2.4GWifi實(shí)現(xiàn)AGV和調(diào)度系統(tǒng)之間的高速通信，同時(shí)接收調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的點(diǎn)、段等路徑信息，發(fā)送AGV自身位置的坐標(biāo)、狀態(tài)信息給調(diào)度系統(tǒng)。

載車控制單元實(shí)現(xiàn)載車機(jī)構(gòu)的功能控制，載車控制單元由滾筒控制模塊和夾持機(jī)構(gòu)控制模塊組成。滾筒控制模塊包括轉(zhuǎn)軸、筒體、滾筒伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等組成，先進(jìn)的伺服電機(jī)保證了滾筒運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)，控制精度保證在±1mm。夾持機(jī)構(gòu)控制模塊由前后加持機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等組成。

AGV機(jī)械車體是AGV的基礎(chǔ)部分，是其他總成部件的安裝基礎(chǔ)。AGV機(jī)械車體由底盤車架模塊、驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)模塊(如圖5)、載車機(jī)構(gòu)模塊等組成。AGV車體(如圖6)有4個(gè)高強(qiáng)度的低重心底盤，底盤裝配了4組帶浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的舵輪模塊及萬向輪，使得AGV最大載重3噸。滾筒包括轉(zhuǎn)軸和筒體，轉(zhuǎn)軸和筒體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，轉(zhuǎn)軸的兩端分別與中梁和擋邊固定連接，筒體上設(shè)有鏈輪，相鄰?fù)搀w上的鏈輪之間通過鏈條連接，以使多個(gè)滾筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6：滾筒型無介質(zhì)停車AGV車體

2.滾筒型無介質(zhì)停車AGV的電氣設(shè)計(jì)

滾筒型無介質(zhì)停車AGV由主控制、通信模塊、舵輪行走驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)、舵輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)、前后夾持機(jī)構(gòu)伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)、滾筒伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)、數(shù)字IO、聲光語音報(bào)警模塊、導(dǎo)航激光傳感器、避障傳感器、手持器、顯示器等模塊組成。主控器是AGV的核心機(jī)構(gòu)，包含導(dǎo)航模塊、引導(dǎo)模塊、通信模塊、電機(jī)控制模塊等。

3.滾筒型無介質(zhì)停車AGV存取車流程

滾筒型無介質(zhì)停車AGV通過“夾持機(jī)構(gòu)”、“車載滾筒”和“AGV車體”三者之間的精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)對汽車的原地夾取，其取車流程如圖7，存車流程則相反。

4.滾筒型無介質(zhì)AGV創(chuàng)新點(diǎn)

（1）無介質(zhì)停車

滾筒型無介質(zhì)停車AGV采用“夾持機(jī)構(gòu)”、“車載滾筒”和“AGV車體”三者同步配合的方式實(shí)現(xiàn)對汽車原地直接搬運(yùn)，搬運(yùn)過程不需要梳型架、載車板等搬運(yùn)介質(zhì)的參與，滾筒型無介質(zhì)停車AGV屬于停車搬運(yùn)機(jī)器人的第三代產(chǎn)品，其先進(jìn)的搬運(yùn)方式開創(chuàng)了“無介質(zhì)停車AGV”的新時(shí)代。

（2）導(dǎo)航方式精度高

滾筒型無介質(zhì)停車AGV支持激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航和SLAM等多種導(dǎo)航技術(shù)。SLAM導(dǎo)航技術(shù)不需要地面布置反射板，可通過感知自然環(huán)境實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航，特別是慣性導(dǎo)航技術(shù)的引入，使得滾筒型無介質(zhì)停車AGV的導(dǎo)航、導(dǎo)引精度都在±5mm以內(nèi)。

（3）無需安裝軌道

滾筒型無介質(zhì)停車AGV不需要地面鋪設(shè)機(jī)械、電磁、磁帶等傳統(tǒng)軌道，通過感覺周圍環(huán)境提取特征點(diǎn)，配合自然導(dǎo)航算法進(jìn)行無軌道導(dǎo)引。

（4）全向運(yùn)動(dòng)

滾筒型無介質(zhì)停車AGV采用了4個(gè)全方位驅(qū)動(dòng)舵輪，可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、平移、側(cè)移、自旋、原地掉頭、Spline曲線等多種運(yùn)動(dòng)方式。

（5）速度快

自主研發(fā)的4個(gè)舵輪機(jī)構(gòu)效率高、動(dòng)力足，最大速度可達(dá)1.5m/s,最先研發(fā)的二代驅(qū)動(dòng)可使速度高達(dá)3m/s。

（6）載重大

高強(qiáng)度的低重心底盤，底盤裝配4組帶浮動(dòng)機(jī)構(gòu)的舵輪模塊及萬向輪，平均載重2.8噸，最大載重3噸，適合市面上98%的車型。

（7）車庫樓層低、節(jié)省建筑成本

滾筒型無介質(zhì)停車AGV底盤高度110mm，但梳型停車AGV底盤高度320mm，臺板型AGV底盤和載車板總高度385mm。滾筒型無介質(zhì)停車AGV車庫可以使每層停車樓高降低至少210mm，節(jié)省建筑成本8%左右。

（8）入口、出口分離，提高效率

無介質(zhì)停車技術(shù)的引用，使得出入口的配置簡單、成本低廉，存入取出口的分離、多取車口的配置，使得存車效率提升30%左右，取車效率提升50%左右。

（9）不破壞地面，施工快

不需要載車平臺、梳型架、反射板等，對地面無損害，可以隨時(shí)改變停車位的分布，靈活擺放汽車，適應(yīng)復(fù)雜的停車環(huán)境。

（10）技術(shù)先進(jìn)成本低

新技術(shù)、方案的引入，使得AGV機(jī)器人的存取車效率大幅度提高，成本反而降低，能有效解決停車難、停車慢等問題。

圖7：取車流程圖

三、結(jié)束語

滾筒型無介質(zhì)停車AGV的應(yīng)用，場地施工量大幅減少，使得傳統(tǒng)停車場的改造和新停車場的建設(shè)周期縮短，車庫能快速地投入使用。配合高精度的激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、SLAM導(dǎo)航技術(shù)，以及全方位運(yùn)行能力、高達(dá)1.7m/s的運(yùn)行速度、無介質(zhì)存取車等特色技術(shù)，可以隨時(shí)改變停車位的分布，靈活擺放汽車，能適應(yīng)復(fù)雜的停車環(huán)境，縮短建筑高度210mm左右，有效降低車庫系統(tǒng)成本15%左右、車庫建造成本8%左右，相對傳統(tǒng)停車場的車位數(shù)提高30%左右。無介質(zhì)停車技術(shù)的引用，使得出入口的配置簡單，成本低廉，存入/取出口的分離、多取車口的配置，使得存車效率提升30%左右，取車效率提升50%左右。新技術(shù)、方案的引入，使得滾筒型無介質(zhì)停車AGV機(jī)器人在存取車效率上大幅度提高，成本反而降低，能有效解決停車難、停車慢等問題。