泊車機(jī)器人在智能停車庫中的應(yīng)用研究

張書景 江 瑋 馬驚鳴 車 行 康文茂 呂紅軍

（北京德威佳業(yè)科技有限公司，北京 101300）

公開數(shù)據(jù)顯示，截至2023年6月底，內(nèi)地全國機(jī)動車保有量突破4.26億輛，其中汽車3.28億輛、新能源汽車1 620萬輛[1]。因此，停車位難找、停車空間不足等一系列停車問題成為當(dāng)前制約城市發(fā)展的主要因素之一。為減緩?fù)＼囯y帶來的城市管理和交通壓力，大型智能化停車場應(yīng)運(yùn)而生。一方面，停車場的智能化主要體現(xiàn)在機(jī)械智能方面，研究者們相繼開發(fā)出九大類車庫類型，分別是升降橫移、簡易升降、垂直循環(huán)、水平循環(huán)、多層循環(huán)、平面移動、巷道堆垛、垂直升降、圓形塔庫。另一方面，停車場的智能化主要體現(xiàn)在泊車設(shè)備的智能方面。按照泊車設(shè)備行走時是否需要軌道輔助，可以分為有軌車庫和無軌車庫兩大類[2]。無軌車庫又稱機(jī)器人停車庫，車輛存取中的搬運(yùn)動作需要由自動導(dǎo)引車（AGV）完成。AGV按照整個停車庫中車位的實時空閑或占用情況，智能選擇最優(yōu)停泊的空車位，按照實時規(guī)劃出的最佳路徑，將車輛搬運(yùn)到對應(yīng)的車位中?？梢钥闯?，AGV智能停車庫的智能化程度、技術(shù)復(fù)雜性和先進(jìn)性相比傳統(tǒng)有軌智能庫高很多。

1 AGV泊車機(jī)器人

AGV是一種靈活性和智能性非常高的搬運(yùn)車，本質(zhì)上屬于移動機(jī)器人范疇，現(xiàn)已在智能倉儲物流、港口碼頭、生產(chǎn)加工車間等各類工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。智能停車AGV雛形最早出現(xiàn)于2008年，日本東北大學(xué)研究團(tuán)隊設(shè)計出iCARTⅠ自動導(dǎo)引車系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)由兩個獨立的機(jī)器人組成，工作時位于汽車的左右兩側(cè)，通過4個升降桿對單側(cè)前后輪胎進(jìn)行支撐，同步協(xié)作完成對車輛的搬運(yùn)。2011年，該團(tuán)隊在iCARTⅠ的基礎(chǔ)上研制由4個獨立的機(jī)器人協(xié)同工作的iCARTⅡ自動導(dǎo)引車。希臘塞薩斯德謨克里特大學(xué)研究人員于2015年研發(fā)出與iCARTⅡ類似的AVERT自動導(dǎo)引車。AVERT系統(tǒng)可以進(jìn)行全方位運(yùn)動，因此可以行駛到車輛下方對其進(jìn)行搬運(yùn)。iCART和AVERT都屬于多機(jī)協(xié)作的自動導(dǎo)引車系統(tǒng)，對機(jī)器人之間的協(xié)同感知、規(guī)劃和控制能力要求較高，因此工作安全系數(shù)較低。為了克服多機(jī)協(xié)作停車AGV系統(tǒng)的缺陷，一體式停車AGV應(yīng)運(yùn)而生。

我國智能停車AGV起步較晚，但近幾年已經(jīng)涌現(xiàn)出深圳怡豐和杭州?？禉C(jī)器人等多家優(yōu)秀企業(yè)，研發(fā)水平也已走在世界同行業(yè)的前列[4]。深圳怡豐是國內(nèi)最早成功研發(fā)出梳齒型和車臺板型停車AGV的廠家，后續(xù)又研發(fā)出子母AGV和方舟AGV，在多個地區(qū)都有項目落地。杭州?？禉C(jī)器人公司依托?？低暥嗄陙碓趫D像處理、硬件設(shè)計、嵌入式軟件、移動機(jī)器人和機(jī)器視覺等領(lǐng)域的技術(shù)積累，研發(fā)的泊車AGV在第三屆互聯(lián)網(wǎng)大會期間于烏鎮(zhèn)試運(yùn)行使用。

2 基于AGV的智能停車庫系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于AGV的智能停車庫系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于AGV的智能停車庫系統(tǒng)架構(gòu)

出入車廳：智能存取、檢查車輛并校正停車位置。

停車AGV：代客泊車，實現(xiàn)人車分離。

車輛搬運(yùn)設(shè)備：升降機(jī)用于車輛上下移動，中跑車用于車輛左右移動，搬運(yùn)器使車輛出入泊位。

停車位/層：停泊車輛，判斷車位是否被占用。手機(jī)停車App：預(yù)約存取車，在線支付。

2.2 工作流程

以平面移動車庫和抱夾式AGV為例，用戶在手機(jī)停車App中輸入目的地，軟件具備導(dǎo)航功能，能夠快速規(guī)劃出到達(dá)目的地附近停車場的最優(yōu)路徑。此外，用戶還可以在App中輸入車牌號碼，提前預(yù)約目的停車場的車位。用戶到達(dá)車庫后，出入車廳門口的車牌識別系統(tǒng)能夠識別并記錄車輛的車牌號碼。車輛進(jìn)入出入車廳后，車廳中的各種檢測設(shè)備會對車輛的外形尺寸進(jìn)行檢測，如果車輛的外形尺寸超出規(guī)定范圍，車廳會進(jìn)行報警、語音提示，車庫中的顯示屏?xí)嵝衍囍黢傠x停車廳。車輛外形尺寸檢測合格后，車廳配備的活體檢測裝置會檢測車輛、車廳中是否有人員或動物滯留。上述檢測合格后，車主便可使用出入車廳門口的客戶端引導(dǎo)操作界面進(jìn)行存車動作。車主確認(rèn)存車后，車廳外部的快卷門就會關(guān)閉，車主便可自行離開。出入車廳還配有車輛對中裝置，能夠?qū)⒋窜囕v校正到準(zhǔn)確的位置，車主只需要將車輛停放到大概位置即可，能夠提升泊車體驗感。隨后車廳內(nèi)部快卷門打開，停車AGV通過抱夾車輛輪胎的方式將車輛抬起，并把車輛搬入升降機(jī)中，升降機(jī)載車上升到指定停車層，再由已經(jīng)等在出入口的搬運(yùn)器把車輛搬入中跑車上，中跑車載著搬運(yùn)器以及待泊車輛進(jìn)行水平移動并停在泊位前，搬運(yùn)器把車輛送入泊位中，完成存車，取車則動作相反?？蛻粼谌≤嚂r除了可以使用車廳門口的客戶端操作界面，還可以通過手機(jī)App預(yù)約取車，停車庫可以在客戶前往車庫取車途中完成取車動作，使車輛在出入車廳中等待車主，縮短車主等待時間。

2.3 AGV關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 車輛交換技術(shù)

以車輛交換技術(shù)[5]劃分，AGV包括車板式、梳齒式、夾持式。車輛交換技術(shù)對比如表1所示。

表1 車輛交換技術(shù)對比

車板式AGV可以直接行駛到載車板下面，利用自動導(dǎo)引車的車身頂升機(jī)構(gòu)抬升停放有被搬運(yùn)車輛的載車板，一起搬運(yùn)到車庫的停車位。

梳齒式AGV的自動導(dǎo)引車車身兩側(cè)分別有4組向外伸展的梳齒，被搬運(yùn)車輛放置在固定位置的梳齒架上，利用梳齒的空間間隙和升降運(yùn)動，就可以完成車輛的交換過程。

夾持式AGV利用自動導(dǎo)引車的車身夾持裝置對車輪進(jìn)行夾抱或支撐，完成對被搬運(yùn)車輛的交換。

梳齒式和載車板式AGV都需要司機(jī)將被搬運(yùn)車輛精準(zhǔn)地開到梳齒架或載車板等外部機(jī)械平臺上，因此對司機(jī)和外部機(jī)械平臺依賴較高，增加了泊車的風(fēng)險，影響用戶體驗。

2.3.2 導(dǎo)航定位技術(shù)

AGV導(dǎo)航技術(shù)大體可以分為兩大類，固定路徑導(dǎo)航和非固定路徑導(dǎo)航[6]。固定路徑導(dǎo)航是一種需要在AGV行走路徑的地面上方或下方鋪設(shè)金屬線、磁帶、磁釘、色帶和二維碼等光學(xué)標(biāo)志，通過車載電磁傳感器或光學(xué)識別設(shè)備會對AGV實際位置與預(yù)設(shè)路徑間的偏移量進(jìn)行檢測，控制系統(tǒng)通過偏移量對AGV運(yùn)動進(jìn)行調(diào)整，使其能夠沿著預(yù)設(shè)路徑行走的導(dǎo)航方式。電磁感應(yīng)導(dǎo)航、磁釘導(dǎo)航、磁帶導(dǎo)航、色帶導(dǎo)航和二維碼導(dǎo)航就是典型的固定路徑導(dǎo)航方式[7]。非固定路徑導(dǎo)航是一種AGV在起始點和目的點之間可以自由行走的導(dǎo)航方式，需要AGV已知工作環(huán)境的地圖及其地圖中的位置信息。非固定路徑導(dǎo)航的常見方式有GPS導(dǎo)航、UWB導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、自然導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航[8-9]。導(dǎo)航定位方式對比如表2所示。

表2 導(dǎo)航定位技術(shù)對比

3 AGV智能停車庫項目案例及應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 項目案例

中州賓館智能停車樓規(guī)劃總占地面積約為818.63 m2，建筑高度15.2 m，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計層數(shù)為地上6層。1～4層為SUV層，5～6層為轎車層，規(guī)劃建設(shè)車位201個，有效車位195個，等候車位6個。項目設(shè)計定位為智能機(jī)器人平面移動停車庫。

3.2 應(yīng)用優(yōu)勢

降本+低耗：成本低于自走式車庫，能耗低于機(jī)械車庫與自走式車庫。

低碳+海綿：單車位體積小，建造開挖面積小，節(jié)省鋼筋混凝土等建筑材料，減少碳排放，同時開挖面積小，有利于海綿城市建設(shè)。

高效+便捷：AGV無人車實現(xiàn)代客泊車，連續(xù)存取車速度快（約90 s取一輛車），使用高峰期可適應(yīng)潮汐效應(yīng)，手機(jī)預(yù)約取車實現(xiàn)車等人。

5G+共享：實現(xiàn)停車共享、平臺共享和數(shù)據(jù)共享，通過5G互聯(lián)網(wǎng)+模式，不斷豐富城市交通生態(tài)，為智慧城市、智慧交通提供數(shù)據(jù)支持。

AI+智慧：人工智能技術(shù)賦能，智能車牌識別，智能存取車，智能故障識別，手機(jī)在線支付。

4 結(jié)語

停車AGV具有高度的智能性和安全性，能夠避免不確定和不準(zhǔn)確的人類停車行為，可以高效地操作多輛車的停車過程?；贏GV的智能停車場在解決停車難問題方面優(yōu)勢顯著，是未來智慧城市、智慧交通和智慧建筑發(fā)展的重要組成部分。