泊車機器人在智能停車庫中的應用研究

張書景 江 瑋 馬驚鳴 車 行 康文茂 呂紅軍

（北京德威佳業科技有限公司，北京 101300）

公開數據顯示，截至2023年6月底，內地全國機動車保有量突破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前制約城市發展的主要因素之一。為減緩停車難帶來的城市管理和交通壓力，大型智能化停車場應運而生。一方面，停車場的智能化主要體現在機械智能方面，研究者們相繼開發出九大類車庫類型，分別是升降橫移、簡易升降、垂直循環、水平循環、多層循環、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在泊車設備的智能方面。按照泊車設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]。無軌車庫又稱機器人停車庫，車輛存取中的搬運動作需要由自動導引車（AGV）完成。AGV按照整個停車庫中車位的實時空閑或占用情況，智能選擇最優停泊的空車位，按照實時規劃出的最佳路徑，將車輛搬運到對應的車位中?？梢钥闯?，AGV智能停車庫的智能化程度、技術復雜性和先進性相比傳統有軌智能庫高很多。

1 AGV泊車機器人

AGV是一種靈活性和智能性非常高的搬運車，本質上屬于移動機器人范疇，現已在智能倉儲物流、港口碼頭、生產加工車間等各類工業生產領域中得到了廣泛應用。智能停車AGV雛形最早出現于2008年，日本東北大學研究團隊設計出iCARTⅠ自動導引車系統[3]。該系統由兩個獨立的機器人組成，工作時位于汽車的左右兩側，通過4個升降桿對單側前后輪胎進行支撐，同步協作完成對車輛的搬運。2011年，該團隊在iCARTⅠ的基礎上研制由4個獨立的機器人協同工作的iCARTⅡ自動導引車。希臘塞薩斯德謨克里特大學研究人員于2015年研發出與iCARTⅡ類似的AVERT自動導引車。AVERT系統可以進行全方位運動，因此可以行駛到車輛下方對其進行搬運。iCART和AVERT都屬于多機協作的自動導引車系統，對機器人之間的協同感知、規劃和控制能力要求較高，因此工作安全系數較低。為了克服多機協作停車AGV系統的缺陷，一體式停車AGV應運而生。

我國智能停車AGV起步較晚，但近幾年已經涌現出深圳怡豐和杭州?？禉C器人等多家優秀企業，研發水平也已走在世界同行業的前列[4]。深圳怡豐是國內最早成功研發出梳齒型和車臺板型停車AGV的廠家，后續又研發出子母AGV和方舟AGV，在多個地區都有項目落地。杭州?？禉C器人公司依托?？低暥嗄陙碓趫D像處理、硬件設計、嵌入式軟件、移動機器人和機器視覺等領域的技術積累，研發的泊車AGV在第三屆互聯網大會期間于烏鎮試運行使用。

2 基于AGV的智能停車庫系統

2.1 系統架構

基于AGV的智能停車庫系統架構如圖1所示。

圖1 基于AGV的智能停車庫系統架構

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，實現人車分離。

車輛搬運設備：升降機用于車輛上下移動，中跑車用于車輛左右移動，搬運器使車輛出入泊位。

停車位/層：停泊車輛，判斷車位是否被占用。手機停車App：預約存取車，在線支付。

2.2 工作流程

以平面移動車庫和抱夾式AGV為例，用戶在手機停車App中輸入目的地，軟件具備導航功能，能夠快速規劃出到達目的地附近停車場的最優路徑。此外，用戶還可以在App中輸入車牌號碼，提前預約目的停車場的車位。用戶到達車庫后，出入車廳門口的車牌識別系統能夠識別并記錄車輛的車牌號碼。車輛進入出入車廳后，車廳中的各種檢測設備會對車輛的外形尺寸進行檢測，如果車輛的外形尺寸超出規定范圍，車廳會進行報警、語音提示，車庫中的顯示屏會提醒車主駛離停車廳。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操作界面進行存車動作。車主確認存車后，車廳外部的快卷門就會關閉，車主便可自行離開。出入車廳還配有車輛對中裝置，能夠將待泊車輛校正到準確的位置，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中，升降機載車上升到指定停車層，再由已經等在出入口的搬運器把車輛搬入中跑車上，中跑車載著搬運器以及待泊車輛進行水平移動并停在泊位前，搬運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App預約取車，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關鍵技術

2.3.1 車輛交換技術

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

表1 車輛交換技術對比

車板式AGV可以直接行駛到載車板下面，利用自動導引車的車身頂升機構抬升停放有被搬運車輛的載車板，一起搬運到車庫的停車位。

梳齒式AGV的自動導引車車身兩側分別有4組向外伸展的梳齒，被搬運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動，就可以完成車輛的交換過程。

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

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

2.3.2 導航定位技術

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

表2 導航定位技術對比

3 AGV智能停車庫項目案例及應用優勢

3.1 項目案例

中州賓館智能停車樓規劃總占地面積約為818.63 m2，建筑高度15.2 m，鋼結構設計層數為地上6層。1～4層為SUV層，5～6層為轎車層，規劃建設車位201個，有效車位195個，等候車位6個。項目設計定位為智能機器人平面移動停車庫。

3.2 應用優勢

降本+低耗：成本低于自走式車庫，能耗低于機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。

高效+便捷：AGV無人車實現代客泊車，連續存取車速度快（約90 s取一輛車），使用高峰期可適應潮汐效應，手機預約取車實現車等人。

5G+共享：實現停車共享、平臺共享和數據共享，通過5G互聯網+模式，不斷豐富城市交通生態，為智慧城市、智慧交通提供數據支持。

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

4 結語

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勢顯著，是未來智慧城市、智慧交通和智慧建筑發展的重要組成部分。