1 引言

　　近年來(lái)，隨著城市汽車(chē)擁有量的不斷上升，停車(chē)難的問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。為了獲得盡量多的車(chē)位，使原本只停一輛汽車(chē)的空間能停2～3輛汽車(chē)，甚至更多，為了解決城市停車(chē)空間的緊張和狹窄問(wèn)題，各種各樣的立體停車(chē)庫(kù)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它們?cè)谄?chē)的搬運(yùn)形式和倉(cāng)儲(chǔ)方式上，也是多種多樣，其中比較具有代表性的就是采用汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)形式的智能化立體停車(chē)庫(kù)。

　　智能化立體停車(chē)庫(kù)是集各種高新技術(shù)為一體的智能化、立體化的汽車(chē)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，它能夠快速、可靠地完成汽車(chē)的存取以及相關(guān)信息的管理，如停車(chē)位、停車(chē)時(shí)間的記錄，停車(chē)費(fèi)的收取等。立體停車(chē)庫(kù)可以建在地上，也可以建在地下。此類立體停車(chē)庫(kù)的核心部件就是汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人，它是一種是集自動(dòng)化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。

　　為了順應(yīng)市場(chǎng)的需求，我們研制開(kāi)發(fā)了一種新型的汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人，應(yīng)用在智能化立體停車(chē)庫(kù)中。以下對(duì)其工作原理和軟硬件設(shè)計(jì)加以介紹。

　　2 使用汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的立體停車(chē)庫(kù)

　　2.1 立體停車(chē)庫(kù)的機(jī)械搬運(yùn)系統(tǒng)

　　立體停車(chē)庫(kù)的機(jī)械搬運(yùn)系統(tǒng)一般由運(yùn)輸平臺(tái)、自主引導(dǎo)行走機(jī)器人(即汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人)、出入口回轉(zhuǎn)平臺(tái)和快速卷簾門(mén)等部分組成。一般在立體停車(chē)庫(kù)的汽車(chē)出入口設(shè)有回轉(zhuǎn)定位平臺(tái)，運(yùn)輸平臺(tái)運(yùn)行于立體停車(chē)庫(kù)的巷道中，在運(yùn)輸平臺(tái)上配備汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人，形成了一套完整的回轉(zhuǎn)、運(yùn)行、升降、交接工作裝置。卷簾門(mén)分別設(shè)在回轉(zhuǎn)平臺(tái)、出入口的正面及兩個(gè)內(nèi)側(cè)，將轉(zhuǎn)臺(tái)與車(chē)庫(kù)、轉(zhuǎn)臺(tái)與出入口隔離。立體停車(chē)庫(kù)的布置示意圖如圖1所示。

　　2.2 立體停車(chē)庫(kù)的電氣控制系統(tǒng)

　　立體停車(chē)庫(kù)的電氣控制系統(tǒng)一般由計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)和搬運(yùn)控制系統(tǒng)等組成。搬運(yùn)控制系統(tǒng)一般由可編程序控制器構(gòu)成，包括搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)和運(yùn)輸平臺(tái)控制系統(tǒng);出入口控制系統(tǒng)包括主控制器、計(jì)算機(jī)服務(wù)器和汽車(chē)停車(chē)位姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng);信息管理系統(tǒng)包括主計(jì)算機(jī)、熱備份計(jì)算機(jī)以及若干臺(tái)計(jì)算機(jī)操作終端。

　　3 汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

　　(1) 汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器的結(jié)構(gòu)

　　汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的外型為扁平長(zhǎng)方體，高度為170mm，長(zhǎng)寬為1750mm×1430mm。在其4個(gè)角上有4個(gè)嵌在內(nèi)部的輪子用來(lái)做水平行走，由2臺(tái)dc24v/370w的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，行走速度為20m/min。在機(jī)器人兩側(cè)各有兩組夾持臂，即主夾持臂和輔夾持臂，分別由主、輔臂液壓泵和液壓換向閥門(mén)控制其推出和收回。主臂的動(dòng)作為推出-舉升，輔臂的動(dòng)作為收回-夾緊，用來(lái)抱起汽車(chē)的4個(gè)車(chē)輪，使其抬離地面，從而達(dá)到搬運(yùn)汽車(chē)的目的。液壓泵選用意大利hydrapp產(chǎn)品，規(guī)格為dc24v/600w，換向閥選用德國(guó)bosch公司產(chǎn)品。主臂推力1.2t，輔臂握緊力200kg。機(jī)器人的行走定位由安裝于其左、右側(cè)面的dmp激光位置檢測(cè)器完成。機(jī)器人的防撞檢測(cè)由安裝于其前、后端的dme激光檢測(cè)開(kāi)關(guān)完成。另外，在機(jī)器人的前后兩面各有1組條狀的led顯示器，作為汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人運(yùn)行和故障狀態(tài)的監(jiān)視。

　　汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)上位機(jī)的控制指令，行走到要搬運(yùn)的汽車(chē)底盤(pán)下，伸出其夾持臂，將汽車(chē)的4個(gè)車(chē)輪抬起，運(yùn)行到目的地后放下。汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)汽車(chē)時(shí)的運(yùn)行工況如圖2所示。

　　(2) 工作過(guò)程

　　汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的工作過(guò)程如下：當(dāng)入庫(kù)車(chē)輛在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上定位后，汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人依照上位機(jī)的指令，自動(dòng)由運(yùn)輸平臺(tái)駛?cè)肴霂?kù)車(chē)輛底盤(pán)下方(運(yùn)輸平臺(tái)是汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的母體，換句話說(shuō)，汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的原位為運(yùn)輸平臺(tái))，夾緊裝置將入庫(kù)車(chē)輛的4個(gè)汽車(chē)車(chē)輪夾緊，頂起裝置將入庫(kù)車(chē)輛頂起并抬離地面約3cm，然后由汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人攜帶入庫(kù)車(chē)輛返回運(yùn)輸平臺(tái)。運(yùn)輸平臺(tái)按主控計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，運(yùn)動(dòng)到預(yù)定貨位。汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人從運(yùn)輸平臺(tái)移至指定貨位，汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的頂起機(jī)構(gòu)收回，將被搬運(yùn)車(chē)輛放下，夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)回位。汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人重新回到其母體—運(yùn)輸平臺(tái)，由運(yùn)輸平臺(tái)將汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人送回至出入口，完成1個(gè)車(chē)輛入庫(kù)的動(dòng)作循環(huán)。車(chē)輛擺放遵循“就近原則”，以提高搬運(yùn)效率。車(chē)輛出庫(kù)時(shí)，汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人和運(yùn)輸平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)順序與上述過(guò)程相反。

　　4 汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)集成在機(jī)器人本體內(nèi)，其系統(tǒng)組成和布置圖如圖3所示。搬運(yùn)機(jī)器人內(nèi)的可編程序控制器通過(guò)無(wú)線通訊方式與其母體—運(yùn)輸平臺(tái)保持通訊聯(lián)絡(luò)，運(yùn)輸平臺(tái)再經(jīng)過(guò)紅外通訊與主控計(jì)算機(jī)通訊，以接受上位機(jī)命令并上傳運(yùn)行狀態(tài)。主控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)集中控制和管理汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人與運(yùn)輸平臺(tái)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。圖3中的無(wú)線轉(zhuǎn)換器采用研華公司的adam4550，它一端接plc的rs-232接口，另一端為2.4g微波信號(hào)，它與運(yùn)輸平臺(tái)控制系統(tǒng)中的adam4550一起，構(gòu)成了在汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)與運(yùn)輸平臺(tái)控制系統(tǒng)之間的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸線路。

　　主控制器選用的是siemens公司s7-300系列plc，其硬件系統(tǒng)配置如圖4所示，plc的i/o接線表見(jiàn)附表。

　　5 汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人控制程序的編制充分利用了siemens plc編程軟件step

　　7提供的軟件平臺(tái)，將整個(gè)控制程序模塊化。控制程序主要有：主控程序模塊、模擬數(shù)據(jù)采集模塊、伺服裝置控制模塊、停車(chē)貨位參數(shù)模塊、液壓裝置控制模塊、故障檢測(cè)模塊、顯示模塊和通訊模塊等。以下僅對(duì)關(guān)鍵的汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人在貨位上取車(chē)和放車(chē)的控制程序加以介紹。

　　取車(chē)程序流程圖如圖5所示，放車(chē)程序流程圖如圖6所示，有關(guān)內(nèi)容說(shuō)明如下：

　　(1)立體停車(chē)庫(kù)為多層結(jié)構(gòu)，分東、西兩側(cè)，每側(cè)有若干個(gè)汽車(chē)貨位，每個(gè)貨位空間分為內(nèi)側(cè)車(chē)位和外側(cè)車(chē)位，可以存放兩輛汽車(chē)。運(yùn)輸平臺(tái)在停車(chē)庫(kù)中間巷道沿上下、東西方向行駛，它按照主控計(jì)算機(jī)的指令，將汽車(chē)放置在指定貨位或從指定貨位取出汽車(chē);

　　(2) 若在東側(cè)貨位取(放)車(chē)，機(jī)器人正向行駛，在西側(cè)貨位則反向行駛;

　　(3)在貨位空間兩側(cè)墻壁適當(dāng)位置上安裝了反光板，它們和搬運(yùn)機(jī)器人上的dmp激光位置檢測(cè)器配合，完成搬運(yùn)機(jī)器人在內(nèi)側(cè)車(chē)位和外側(cè)車(chē)位的定位任務(wù);

　　(4) 主臂的作用是將汽車(chē)抬離地面，輔臂的作用是夾緊汽車(chē)的4個(gè)輪胎，是否夾緊的判斷通過(guò)檢測(cè)輔臂油缸壓力值的大小來(lái)完成。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹的汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人高度不超過(guò)17cm，平面尺寸略大于普通轎車(chē)的底盤(pán)，在國(guó)際上同類產(chǎn)品中占用空間最小、行走速度最快。與其他類型的立體停車(chē)庫(kù)相比較，采用汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人的停車(chē)庫(kù)占用空間更小，工程造價(jià)更低，存車(chē)和取車(chē)的速度也更快。

　　以上介紹的汽車(chē)搬運(yùn)機(jī)器人及立體停車(chē)庫(kù)已經(jīng)在北京市某地下停車(chē)場(chǎng)運(yùn)行兩年多，整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。