CN107448041A - 一种托板式电磁导引停车搬运机器人及运营方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及托板式电磁导引停车搬运机器人及运营方法，包括负责连接和支承各系统单元的一个对称式框形机架；负责行走与转向的四组共八个独立的驱动与转向单元；负责机器人与地面管理调度系统沟通联络的一套机载通讯系统；提供整机电源的一个动力电池组及附属自动充电装置；负责整个机器人机电一体化执行协同指令的一套机载控制系统；负责顶起或降下载车板及车辆的前后共两组四点同步升降机构；负责行驶导航的一套坐标式电磁导引系统；负责整机所有作业过程安全的一套检测与防护系统，及托板式停车搬运机器人采用的电磁导引方式，它能够在计算机管理系统控制调度下，柔性、高效、安全，自动完成停车、取车等一系列功能使命。

Description

一种托板式电磁导引停车搬运机器人及运营方法
技术领域
本发明属于智慧停车机器人技术领域，具体涉及一种托板式电磁导引停车搬运机器人及运营方法，用于停车行业完全无人化作业系统的公共停车库，能够在计算机管理系统控制调度下，柔性、高效、安全，自动完成停车、取车等一系列功能使命的停车搬运机器人及运营方法。
背景技术
现有停车行业的全自动无人停车系统作业方式主要分两大类型：
一、传统机电产品：借鉴物流自动化的传统机电设备及系统解决方式，用各种平面输送设备、轨道移载设备、平面旋转等设备实现停车车辆的水平横向层面转移和换向；用升降设备、堆垛设备、立体旋转等设备实现停车车辆的立体纵向不同层面转移；通过程序和逻辑控制，实现停车、取车过程的无人自动化。
二、智能机器人：采用停车搬运机器人(AGV)及系统，在计算机管理系统控制调度下，柔性、高效、安全，自动完成停车、取车等一系列功能使命。目前，停车搬运机器人(AGV)实际应用的移载方式主要是梳齿式和托板式，导引方式主要是激光导引或者是激光加辅助导引。
不同移载方式停车搬运机器人特点：
一、梳齿式：1)靠梳齿交错运动装卸载荷；2)搬运车辆不需要通过载具；3)停位精度及梳齿机构配合要求高；4)存储车位成本较高；5)车辆存取口的驾驶体验较差。
二、托板式：1)以载车板作为载具；2)停位精度要求高低有别；3)存储车位无成本；4)载车板是成本；5)车辆存取口的驾驶体验较好；6)便于扩展附加服务。
不同导引方式停车搬运机器人特点：
一、激光导引：1)导引精度高；2)适应多样化行驶线路和行走姿态；3)路径变更方便灵活；4)状态信息响应实时性好；5)中途重新插入系统便捷；6)系统相对复杂，成本较高；7)对导引区域周围环境条件比较敏感，抗干扰有局限性。
二、激光导引加辅助导引：1)很好地解决了复杂环境条件下的导引保障问题。2)系统复杂，成本高。
在实际停车库应用中，存储车位数量、存取效率、投资效益是三个最重要的评价指标，同时也是相互密切关联的矛盾体。在同等环境条件下，停车搬运机器人行驶路径规划设计对存储车位数量和存取效率有直接影响和作用。如何选择能较好兼顾这三个方面矛盾，并在简单、实用、安全、可靠、可行等方面探讨更具竞争力的设计方案是停车产业未来发展方向和追求目标。
发明内容
本发明针对当前停车搬运机器人(AGV)实际应用中采用的托板式激光导引搬运机器人技术局限性，提供结构简单，实用、可靠、实际可行，适用于全自动无人停车库使用的一种托板式电磁导引停车搬运机器人及运营方法。
本发明通过如下技术方案实现托板式电磁导引停车搬运机器人运营方法，其特征在于，搬运机器人在智慧停车系统正常的电磁导引系统环境和车载通讯系统环境下待命作业；当有车辆要求停车时，地面管理调度系统会通过机载通讯系统向搬运机器人下达作业指令，在电磁信号导引下，搬运机器人按指令自动先行驶到载车板暂存位将一个空载车板取出，搬运到指定的车辆存取口并卸下、搬运机器人撤离，经系统确认安全之后，才能允许车辆驶入存取口；待车辆准确停稳在载车板上，所有人员撤离，经系统确认安全之后，地面系统才能调度搬运机器人重新进入，将载车板连同车辆一起取出，运送到指定存储车位并卸下之后，向地面系统报告，完成一个车辆入库指令。同样，当有用户要求取车时，地面管理调度系统会通过机载通讯系统向搬运机器人下达作业指令，搬运机器人按指令自动先行驶到指定存储车位，将载车板连同车辆一起从库区取出，搬运到指定的车辆存取口并卸下之后，向地面系统报告，完成一个车辆出库指令。待机器人撤离存取口，经系统确认安全之后，才能允许用户进入存取口，将车辆开走。
所述机架(1)是整个机器人的骨架和本体，除了容纳所有分系统和机构外，还有足够搬运车辆及载车板的负载强度；驱动与转向单元(2)为正常行驶的动力条件；机载通讯系统(3)完成地面指挥系统与搬运机器人保持联络和接收指令的通讯条件；动力电池组及附属自动充电装置(4)是提供整机工作的动力电源和中途补充电能的保障条件；机载控制系统(5)为整机的控制中枢；升降机构(6)具有正常顶起、托住载车板和车辆的能力，直至搬运机器人到达目的地后下降卸载；坐标式电磁导引系统(7)由分别安装在机架前后左右四周端面对称中心线上电磁传感器组成，负责横向和纵向电磁感应路径的跟踪导引；检测与防护系统(8)为搬运机器人系统安全、人身安全、运行安全的基本保障。
一种托板式电磁导引停车搬运机器人，其特征在于，该机器人包括有负责连接和支承各系统单元的一个对称式框形机架(1)；负责行走与转向的四组共八个独立的驱动与转向单元(2)；负责机器人与地面管理调度系统沟通联络的一套机载通讯系统(3)；提供整机电源的一个动力电池组及附属自动充电装置(4)；负责整个机器人机电一体化执行协同指令的一套机载控制系统(5)；负责顶起或降下载车板及车辆的前后共两组四点同步升降机构(6)；负责行驶导航的一套坐标式电磁导引系统(7)；负责整机所有作业过程安全的一套检测与防护系统(8)，所述托板式停车搬运机器人采用的电磁导引方式。
所述电磁导引方式是：电磁传感器(8)通过机架(1)前后两端、左右两端四个对称中心的坐标式布置方式，配合地面(10)之下电磁导引路径(15)的直线纵横90°垂直交叉铺设，行驶路径都是前后走直线，或90°左右横向走直线，只有整个车辆需要换向时，才通过原地180°自旋实现。
所述托板式电磁导引停车搬运机器人方法是：首先是在搬运机器人机架(1)上电磁传感器(8)的布置和预先在地面(10)布置电磁导引路径(15)规划配套设计，让搬运机器人无论直走、横走、都始终可以通过电磁传感器(8)的分组切换实现精准导航和整机姿态偏差控制；其次是电磁导引路径(15)的纵横垂直交叉网状设计，让搬运机器人在存车库区(14)中的直线行驶路线与通向左右两边存储车位的横向路径有机结合，守成经济、高效的搬运和存储目标。
所述每组驱动与转向单元(2)由安装座(2a)、转动体(2b)、甲驱动轮(2c)和乙驱动轮(2e)构成；安装座(2a)固定在车架(1)上，甲驱动轮(2c)和乙驱动轮(2e)安装在转动体(2b)上。
一种托板式电磁导引停车搬运机器人，该机器人包括负责连接和支承各系统单元的一个对称式框形机架、负责行走与转向的四组共八个独立驱动与转向单元、负责机器人与地面管理调度系统沟通联络的一套车载通讯系统、提供整机电源的一套动力电池组及附属自动充电装置、负责整个机器人机电一体化执行协同指令的一套车载控制系统、负责顶起或降下载车板及车辆的前后两组共四点同步升降机构、负责行驶导航的一套矩阵式电磁导引系统、负责整车所有作业过程安全的一套检测与防护系统。
一种托板式电磁导引停车搬运机器人方法，搬运机器人在智慧停车系统正常的电磁导引系统环境和车载通讯系统环境下待命作业。当有车辆要求停车时，地面管理调度系统会通过机载通讯系统向搬运机器人下达作业指令，在电磁信号导引下，搬运机器人按指令自动先行驶到载车板暂存位将一个空载车板取出，搬运到指定的车辆存取口并卸下、搬运机器人撤离，经系统确认安全之后，才能允许车辆驶入存取口；待车辆准确停稳在载车板上，所有人员撤离，经系统确认安全之后，地面系统才能调度搬运机器人重新进入，将载车板连同车辆一起取出，运送到指定存储车位并卸下之后，向地面系统报告，完成一个车辆入库指令。同样，当有用户要求取车时，地面管理调度系统会通过机载通讯系统向搬运机器人下达作业指令，搬运机器人按指令自动先行驶到指定存储车位，将载车板连同车辆一起从库区取出，搬运到指定的车辆存取口并卸下之后，向地面系统报告，完成一个车辆出库指令。待机器人撤离存取口，经系统确认安全之后，才能允许用户进入存取口，将车辆开走。
本发明用托板式停车搬运机器人加电磁导引方式是，通过车体前后两端、左右两端各对称中心的坐标式电磁传感器布置方式，配合地表面之下电磁导引路径的全直线纵横90°垂直交叉铺设，行驶路径基本都是前后走直线，或90°左右横向(到存储车位)也是走直线，只有车辆存、取时为了方便驾驶而需要换向是通过原地180°自旋实现，因此，基本不用传统的弧形路径就可完成整个搬运存取作业，而是从让导引控制从根本上解决了因长形整体车体姿态偏转所造成车体延伸尺寸放大，容易与周围设施设备发生碰撞或相互干涉的问题；在停车库环境条件下有效地规避了激光导引因密集停车位易产生多重反射源干扰的弊端。
本发明采用四组驱动与转向单元，每组采用两个独立驱动轮，通过差速实现转向，摩擦损耗少，对行驶地面损害轻，能够灵活自如地实现直走、横走、自旋等全方位行驶；还具有优越的抓地防滑、防止车轮悬空功能。
本发明采用对称式框形机架，具备良好的标准化、模块化、批量生产和装配基础。其理念新颖，结构独特，实用可靠、成熟可行。是一种能可广泛适用于全自动无人停车库项目的托板式电磁导引搬运机器人方法。
附图说明
图1为托板式电磁导引停车搬运机器人结构示意图；
图2为托板式电磁导引停车搬运机器人准备状态示意图；
图3为托板式电磁导引停车搬运机器人搬运状态示意图；
图4为托板式电磁导引停车搬运机器人系统构成示意图；
图5为驱动与转向单元工作原理图。
具体实施方式
本发明所述托板式电磁导引停车搬运机器人结构如图1所示，包括有负责连接和支承各系统单元的一个对称式框形机架1，负责行走与转向的四组共八个独立驱动与转向单元2，负责机器人与地面管理调度系统沟通联络的一套机载通讯系统3，提供整机电源的一个动力电池组及附属自动充电装置4，负责整个机器人机电一体化执行协同指令的一套机载控制系统5，负责顶起或降下载车板及车辆的前后共两组四点同步升降机构6，负责行驶导航的一套坐标式电磁导引系统7，负责整机所有作业过程安全的一套检测与防护系统8。其中，机架1是整个机器人的骨架和本体，除了容纳所有分系统和机构外，要有足够搬运车辆及载车板的负载强度；驱动与转向单元2是正常行驶的动力条件；机载通讯系统3是实现地面指挥系统与搬运机器人保持联络和接收指令的通讯条件；动力电池组及附属自动充电装置4是提供整机工作的动力电源和中途补充电能的保障条件；机载控制系统5是整机的控制中枢；升降机构6要具有正常顶起、托住载车板和车辆的能力，直至搬运机器人到达目的地后下降卸载；坐标式电磁导引系统7由分别安装在机架前后左右四周端面对称中心线上电磁传感器组成，负责横向和纵向电磁感应路径的跟踪导引；检测与防护系统8是搬运机器人系统安全、人身安全、运行安全的基本保障。
本发明所述托板式电磁导引停车搬运机器人准备状态示意如图2所示，当系统准备作业时，托板式电磁导引停车搬运机器人上的升降机构6处在低位6a状态，载车板9初始放置在地面10上，托板式电磁导引停车搬运机器人能安全地从载车板9下方驶入或驶出，前后左右四个任意方向均可。其中，载车板9要能支承适停车辆的重量，并保证车辆开上、开下时的变形在允许范围。
本发明所述托板式电磁导引停车搬运机器人搬运状态示意如图3所示，当车辆11停稳在载车板9并需要搬运时，托板式电磁导引停车搬运机器人上的升降机构6顶升到高位6b状态，将载车板9连同车辆11一起离开地面10，托板式电磁导引停车搬运机器人进入搬运状态。
本发明所述托板式电磁导引停车搬运机器人系统构成示意如图4所示，系统由存车库区14、电磁导引路径15、空车位16、空载车板17、车身换向点18、车辆存取区19、车辆存取点20、自动充电位12和地面管理调度系统13组成。其中，存车库区14是无人停车库的所有存储车位范围；电磁导引路径15是停车系统所有托板式电磁导引停车搬运机器人的运行活动路线，特征是纵横垂直交叉网状形式；空车位16是指允许存储车辆11的空位；空载车板17是指载车板9上没有车辆11；车身换向点18是指为了方便用户存车(存车时车头可以保持朝内方向)或取车时不用倒车(取车时车头已旋转180°保持朝外方向)，在入库或出库过程中安排搬运机器人将载车板9连同车辆11一起原地旋转180°调头换向的专用点位；车辆存取区19是指定用户存车或取车的专门场所；车辆存取点20是指在车辆存取区19中，搬运机器人将载车板9连同用户待存车辆搬运到存车库区14的起点，或反过来，也是搬运机器人将载车板9连同用户待取车辆从存车库区14搬运到车辆存取区19的终点。
本发明所述驱动与转向单元工作原理如图5所示，每组驱动与转向单元2由安装座2a、转动体2b、甲驱动轮2c和乙驱动轮2e构成。安装座2a固定在车架上，甲驱动轮2c和乙驱动轮2e安装在转动体2b上。当驱动走直行路径时如图5中(a)所示，甲驱动轮2c和乙驱动轮2e同向同步驱动，转动体2b不动，整机四组同时、同向、同步；当驱动要走90°横向路径时如图5中(b)所示，甲驱动轮2c和乙驱动轮2e互为反向、同步驱动，带动转动体2b旋转90°，整机四组同样、同时、同步，即整机姿态不变，但驱动系统原地旋转90°，之后再重复前述的直行路径行走模式a)，就可实现水平横移。同样，当驱动需要180°调头换向时，四组驱动与转向单元2将同时、同向、差速、围绕机身中心点作旋转运动。实际运行过程中，对导引偏差需要实时进行调节修正，同样可根据组合的驱动与转向单元2各差速控制实现。
本发明所述托板式电磁导引停车搬运机器人方法是：当有车辆11要求存车时，地面管理调度系统13会先通过机载通讯系统3向搬运机器人下达停车准备指令，在电磁导引系统7工作环境下，搬运机器人按指令行驶到存车库区14将指定空载车板17取出，搬运到指定车辆存取区19中的车辆存取点20并卸下，搬运机器人撤离车辆存取区19，向地面管理调度系统13报告停车准备指令完成；车辆存取区19经安全确认允许停车，地面管理调度系统13下达停车许可令，用户驾驶车辆11驶入指定车辆存取区19，按要求停稳在车辆存取点20的载车板9上，所有人员撤离车辆存取区19，经安全确认之后，停车完毕；地面管理调度系统13向搬运机器人下达入库指令，搬运机器人驶入指定车辆存取区19中的车辆存取点20，将载车板9连同车辆11托起，搬运到存车库区14指定空车位16并卸下，向地面管理调度系统13报告入库指令完成。同样，当有用户要求取车时，地面管理调度系统13向搬运机器人下达出库指令，搬运机器人按指令先行驶到存车库区14指定车位，将载车板9连同车辆11托起，搬运到指定车辆存取区19中的车辆存取点20并卸下，向地面管理调度系统13报告出库指令完成；待搬运机器人驶离车辆存取区19并经安全确认后，地面管理调度系统13下达取车许可令，用户进入该车辆存取区19，将车辆开走，取车完毕。
本发明所述托板式停车搬运机器人加电磁导引方法是：电磁传感器8通过机架1前后两端、左右两端四个对称中心的坐标式布置方式，配合地面10之下电磁导引路径15的直线纵横90°垂直交叉铺设，行驶路径都是前后走直线，或90°左右横向走直线，只有车辆需要换向时，是通过原地180°自旋实现。
本发明所述托板式电磁导引停车搬运机器人的关键点是：首先是搬运机器人机架1上电磁传感器8的布置与地面10的电磁导引路径15规划配套设计，让搬运机器人无论直走、横走、都始终可通过电磁传感器8的分组切换实现精准导航和整机姿态偏差控制；其次是电磁导引路径15的纵横垂直交叉网状设计，使搬运机器人在存车库区14中的直线行驶路线与通向左右两边存储车位的横向路径有机结合，实现了经济、高效的搬运和存储目标。
本发明适用于停车行业全自动无人停车库系统的自动化搬运作业场合。

Claims (6)

1.一种托板式电磁导引停车搬运机器人运营方法，其特征在于，搬运机器人在智慧停车系统正常的电磁导引系统环境和车载通讯系统环境下待命作业；当有车辆要求停车时，地面管理调度系统会通过机载通讯系统向搬运机器人下达作业指令，在电磁信号导引下，搬运机器人按指令自动先行驶到载车板暂存位将一个空载车板取出，搬运到指定的车辆存取口并卸下、搬运机器人撤离，经系统确认安全之后，才能允许车辆驶入存取口；待车辆准确停稳在载车板上，所有人员撤离，经系统确认安全之后，地面系统才能调度搬运机器人重新进入，将载车板连同车辆一起取出，运送到指定存储车位并卸下之后，向地面系统报告，完成一个车辆入库指令；同样，当有用户要求取车时，地面管理调度系统会通过机载通讯系统向搬运机器人下达作业指令，搬运机器人按指令自动先行驶到指定存储车位，将载车板连同车辆一起从库区取出，搬运到指定的车辆存取口并卸下之后，向地面系统报告，完成一个车辆出库指令，待机器人撤离存取口，经系统确认安全之后，才能允许用户进入存取口，将车辆开走。
2.根据权利要求书1所述的一种托板式电磁导引停车搬运机器人运营方法，其特征在于，所述机架(1)是整个机器人的骨架和本体，除了容纳所有分系统和机构外，还有足够搬运车辆及载车板的负载强度；驱动与转向单元(2)为正常行驶的动力条件；机载通讯系统(3)完成地面指挥系统与搬运机器人保持联络和接收指令的通讯条件；动力电池组及附属自动充电装置(4)是提供整机工作的动力电源和中途补充电能的保障条件；机载控制系统(5)为整机的控制中枢；升降机构(6)具有正常顶起、托住载车板和车辆的能力，直至搬运机器人到达目的地后下降卸载；坐标式电磁导引系统(7)由分别安装在机架前后左右四周端面对称中心线上电磁传感器组成，负责横向和纵向电磁感应路径的跟踪导引；检测与防护系统(8)为搬运机器人系统安全、人身安全、运行安全的基本保障。
3.一种托板式电磁导引停车搬运机器人，其特征在于，该机器人包括有负责连接和支承各系统单元的一个对称式框形机架(1)；负责行走与转向的四组共八个独立的驱动与转向单元(2)；负责机器人与地面管理调度系统沟通联络的一套机载通讯系统(3)；提供整机电源的一个动力电池组及附属自动充电装置(4)；负责整个机器人机电一体化执行协同指令的一套机载控制系统(5)；负责顶起或降下载车板及车辆的前后共两组四点同步升降机构(6)；负责行驶导航的一套坐标式电磁导引系统(7)；负责整机所有作业过程安全的一套检测与防护系统(8)，所述托板式停车搬运机器人采用的电磁导引方式。
4.根据权利要求书3所述的一种托板式电磁导引停车搬运机器人，其特征在于，所述电磁导引方式是：电磁传感器(8)通过机架(1)前后两端、左右两端四个对称中心的坐标式布置方式，配合地面(10)之下电磁导引路径(15)的直线纵横90°垂直交叉铺设，行驶路径都是前后走直线，或90°左右横向走直线，只有整个车辆需要换向时，才通过原地180°自旋实现。
5.根据权利要求书3或4所述的一种托板式电磁导引停车搬运机器人，其特征在于，所述托板式电磁导引停车搬运机器人方法是：首先是在搬运机器人机架(1)上电磁传感器(8)的布置和预先在地面(10)布置电磁导引路径(15)规划配套设计，让搬运机器人无论直走、横走、都始终可以通过电磁传感器(8)的分组切换实现精准导航和整机姿态偏差控制；其次是电磁导引路径(15)的纵横垂直交叉网状设计，让搬运机器人在存车库区(14)中的直线行驶路线与通向左右两边存储车位的横向路径有机结合，守成经济、高效的搬运和存储目标。
6.根据权利要求书3所述的一种托板式电磁导引停车搬运机器人，其特征在于，所述每组驱动与转向单元(2)由安装座(2a)、转动体(2b)、甲驱动轮(2c)和乙驱动轮(2e)构成；安装座(2a)固定在车架(1)上，甲驱动轮(2c)和乙驱动轮(2e)安装在转动体(2b)上。
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