滾筒型無介質停車AGV技術與應用

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、強化產(chǎn)品適應性等目標始終擺在前列，繼深圳怡豐機器人科技有限公司（以下簡稱“深圳怡豐”）先后推出梳齒AGV、臺板AGV以來，國內外市場對停車AGV產(chǎn)生了強烈的認同。

停車AGV繼承了普通AGV的全向移動、路徑柔性靈活、自動導航不需要鋪設軌道、地面適應程度高、智能化高等優(yōu)點。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、能適應異型場地、自動存取車、存取快速、停車安全、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，可廣泛應用在不規(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。

AGV停車庫處于發(fā)展的初始時期，為解決停車難的問題開辟了新的思路，做出了突出的貢獻。目前國內外主流成熟的停車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AGV都屬于有介質停車，即搬運、存儲汽車都需要除AGV車體外的其他輔助介質幫助下完成，這也成為AGV車庫發(fā)展的一個制約因素。

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

一、停車AGV現(xiàn)狀

當前國內外市場的停車AGV主要有“梳齒型”、“臺板型”、“夾輪胎型”等三種形式。國內AGV停車機器人的技術發(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構與車位或出入口平臺的梳型結構交錯搬運車輛，實現(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，內梳齒設置在AGV上，可進行上下交錯運動，通過AGV的舉升機構上下升降，即內梳齒的上下運動實現(xiàn)車輛的存取。每個車位都設有固定的梳型架，出入口停車平臺也需設置停車梳型架。2015年深圳怡豐在國內率先研發(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汽車，實現(xiàn)汽車存取的一種智能停車服務機器人，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把汽車和臺板搬運到指定停車位或者出入口。此類型的停車AGV需要每個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，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第一個商業(yè)運營自動代客泊車系統(tǒng)，車位數(shù)量40個。ParkPlus研發(fā)了ParkPlusAGVSystem系統(tǒng)，也是基于車臺板交換技術的停車機器人及自動代客泊車系統(tǒng)，目前已在BrooklynHeights、Greenwich等地方的項目中應用。2016年深圳怡豐在國內推出了臺板型停車AGV，并在阿布扎比等項目上投入商用。海康威視在烏鎮(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是通過加持機構夾起汽車輪胎實現(xiàn)搬運的停車機器人，如圖3。德國Serva Transport Systems GmbH公司開發(fā)了Ray自動泊車機器人及自動泊車系統(tǒng)，已在杜塞爾多夫機場實現(xiàn)應用。杜塞爾多夫機場停車場有大約260個車位。乘客存放汽車時，將汽車停放在中轉站，隨后中轉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)自動調整叉臂位置，將汽車抬起并運送至指定車位。

圖4：滾筒型無介質停車AGV

4.各類型停車AGV機器人的優(yōu)缺點比較

搬運介質上：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不需要搬運介質。

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只能用側向車位，且一個巷道無法實現(xiàn)雙重列，故車位利用率最低。車位利用率是AGV車庫的一個關鍵性指標。

圖5：驅動輪機構模塊

二、滾筒型無介質停車AGV技術分析

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

1.滾筒型無介質停車AGV的方案介紹

滾筒型無介質停車AGV(如圖4)由AGV控制單元、載車控制單元、AGV機械車體等三大單元組成。滾筒型無介質停車AGV使用四舵輪驅動總成及激光、SLAM導航技術，AGV在運行過程中可實現(xiàn)前進、后退、轉彎、自旋、橫移、原地掉頭等功能。最大運行速度90m/s，可滿足停車AGV的實際需求。

AGV控制單元是AGV的基本組成，AGV控制單元由導航模塊、導引模塊、運動控制模塊、通信模塊、調度模塊等組成。導航模塊是AGV的眼睛，實現(xiàn)AGV位置坐標的獲取。滾筒型無介質停車AGV采用激光導航、SLAM導航、磁釘導航三種導航方式，配合先進陀螺儀模塊，定位精度在±5mm以內。導引模塊完成AGV軌跡的運行跟蹤，實現(xiàn)了：

直線方程：

圓方程：

四次方曲線方程:

B-spline曲線：

等運動軌跡的跟蹤。運動控制模塊采用Can總線控制電機速度和位置。Can總線協(xié)議最早是為了統(tǒng)一汽車車載設備間通信的標準而開發(fā)的協(xié)議，后來由于其高速、穩(wěn)定、可靠等特點，已經(jīng)被ISO標準化并廣泛應用于工控、醫(yī)療等領域，目前依然是歐洲汽車網(wǎng)絡的標準協(xié)議。滾筒型無介質停車AGV使用Canopen標準協(xié)議CIA402進行先進的運動控制，使用2.4GWifi實現(xiàn)AGV和調度系統(tǒng)之間的高速通信，同時接收調度系統(tǒng)下發(fā)的點、段等路徑信息，發(fā)送AGV自身位置的坐標、狀態(tài)信息給調度系統(tǒng)。

載車控制單元實現(xiàn)載車機構的功能控制，載車控制單元由滾筒控制模塊和夾持機構控制模塊組成。滾筒控制模塊包括轉軸、筒體、滾筒伺服電機、伺服電機驅動器等組成，先進的伺服電機保證了滾筒運動的精準，控制精度保證在±1mm。夾持機構控制模塊由前后加持機構、伺服電機、伺服電機驅動器等組成。

AGV機械車體是AGV的基礎部分，是其他總成部件的安裝基礎。AGV機械車體由底盤車架模塊、驅動輪機構模塊(如圖5)、載車機構模塊等組成。AGV車體(如圖6)有4個高強度的低重心底盤，底盤裝配了4組帶浮動機構的舵輪模塊及萬向輪，使得AGV最大載重3噸。滾筒包括轉軸和筒體，轉軸和筒體轉動連接，轉軸的兩端分別與中梁和擋邊固定連接，筒體上設有鏈輪，相鄰筒體上的鏈輪之間通過鏈條連接，以使多個滾筒同步轉動。

圖6：滾筒型無介質停車AGV車體

2.滾筒型無介質停車AGV的電氣設計

滾筒型無介質停車AGV由主控制、通信模塊、舵輪行走驅動器及電機、舵輪轉向驅動器及電機、前后夾持機構伺服驅動器及電機、滾筒伺服驅動器及電機、數(shù)字IO、聲光語音報警模塊、導航激光傳感器、避障傳感器、手持器、顯示器等模塊組成。主控器是AGV的核心機構，包含導航模塊、引導模塊、通信模塊、電機控制模塊等。

3.滾筒型無介質停車AGV存取車流程

滾筒型無介質停車AGV通過“夾持機構”、“車載滾筒”和“AGV車體”三者之間的精準控制實現(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AGV創(chuàng)新點

（1）無介質停車

滾筒型無介質停車AGV采用“夾持機構”、“車載滾筒”和“AGV車體”三者同步配合的方式實現(xiàn)對汽車原地直接搬運，搬運過程不需要梳型架、載車板等搬運介質的參與，滾筒型無介質停車AGV屬于停車搬運機器人的第三代產(chǎn)品，其先進的搬運方式開創(chuàng)了“無介質停車AGV”的新時代。

（2）導航方式精度高

滾筒型無介質停車AGV支持激光導航、慣性導航和SLAM等多種導航技術。SLAM導航技術不需要地面布置反射板，可通過感知自然環(huán)境實現(xiàn)精準導航，特別是慣性導航技術的引入，使得滾筒型無介質停車AGV的導航、導引精度都在±5mm以內。

（3）無需安裝軌道

滾筒型無介質停車AGV不需要地面鋪設機械、電磁、磁帶等傳統(tǒng)軌道，通過感覺周圍環(huán)境提取特征點，配合自然導航算法進行無軌道導引。

（4）全向運動

滾筒型無介質停車AGV采用了4個全方位驅動舵輪，可實現(xiàn)前進、后退、轉彎、平移、側移、自旋、原地掉頭、Spline曲線等多種運動方式。

（5）速度快

自主研發(fā)的4個舵輪機構效率高、動力足，最大速度可達1.5m/s,最先研發(fā)的二代驅動可使速度高達3m/s。

（6）載重大

高強度的低重心底盤，底盤裝配4組帶浮動機構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

無介質停車技術的引用，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，可以隨時改變停車位的分布，靈活擺放汽車，適應復雜的停車環(huán)境。

（10）技術先進成本低

新技術、方案的引入，使得AGV機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、結束語

滾筒型無介質停車AGV的應用，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周期縮短，車庫能快速地投入使用。配合高精度的激光導航、慣性導航、SLAM導航技術，以及全方位運行能力、高達1.7m/s的運行速度、無介質存取車等特色技術，可以隨時改變停車位的分布，靈活擺放汽車，能適應復雜的停車環(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。無介質停車技術的引用，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、方案的引入，使得滾筒型無介質停車AGV機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。