本實用新型涉及一種基于UWB定位的智能汽車搬運機器人。

背景技術：

隨著汽車工業的發展和人民生活水平的提高，城市人均汽車占有量不斷增加，但是隨著城市人口的增加，人們的居住空間越來越小，可供停車的位置日趨緊張，為了適應停車的需要，人們開始大量使用智能立體車庫。目前，立體車庫主要有平面移動、垂直升降及巷道堆垛等幾種型式，在汽車的搬運上有載車板、升降梳齒和車輪夾持等幾種方法，其中車輪夾持式以結構緊湊、存取車速度快，土建成本低等優點應用越來越廣泛。汽車搬運機器人在車庫中運行時導航的現有方式主要有電磁式、視頻、激光式等，通過導航系統以實現在車庫中汽車的自動存取。

公開號為“CN 105220918A”的名稱為“一種汽車搬運機器人”的中國專利公開了一種搬運載車板的機器人，此技術方案是針對機器人多個頂升機構很難實現同步會導致載車板上的汽車出現傾斜、跌落損毀等安全事故的缺點而提出的。但是，由于此載車板搬運機器人在存取車時仍有一個存取載車板的過程，增加了存取車的時間，工作效率比較低。

授權公告號為“CN 204457020 U”公開了：“一種AGV汽車搬運器，包括兩個結構的小車，及連接兩個所述小車的連接機構，所述小車包括架體、設置在所述架體上的行走機構、萬向輪組、伸縮液壓桿機構和電氣控制系統。”此技術方案主要有以下幾點不足之處：1、該專利所采用的AGV的導航系統為電磁、視頻、激光等方式，如果停車場結構發生變化，導航系統的改造費用較大。2、該專利所述小車轉向功能是通過小車左右驅動輪有差速來實現的，這會增加小車運行時所需的空間，所需轉向的時間也會增加。3、該專利在存取的是時候必須是小車鉆入汽車底下然后通過傳感器獲取車輪位置，調整小車位置，進而夾持車輪，這會大大增加整個存取車過程所需的時間。4、夾持臂機構中間空隙不可調，如果車輪較小，則有可能導致夾持機構上調時，車輪仍未離地，或者車輪較大時，汽車直接置于夾持臂之上，在運送的過程中極易發生安全事故。5、該專利所述汽車搬運器的寬度只有單一的型號，在實際情況中，汽車大小差別很大(如路虎和奇瑞QQ之間的差距)，這就會導致如果該專利所述搬運器能夠搬運奇瑞QQ的話，當該專利所述汽車搬運器搬運路虎的時候，其結構就會顯得過于小從而導致安全隱患，如果該專利所述汽車搬運器正好搬運路虎，則其搬運奇瑞QQ時就很有可能鉆不到QQ 車底下。

技術實現要素：

本實用新型為了解決上述問題，提出了一種基于UWB定位的智能汽車搬運機器人，本裝置能根據指令自動運行，在智能車庫中快速，安全的存取汽車。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種基于UWB定位的智能汽車搬運機器人，包括行走機構、升降機構、夾持機構、電氣控制單元、中央控制單元、充電單元和承載機構，其中：

所述承載機構包括兩塊上下布置的第一承載面、第二承載面，所述第一承載面和第二承載面通過升降機構支撐連接，位于上端的第二承載面的兩側對稱布設有夾持汽車輪胎的夾持機構；

所述第一承載面和第二承載面在實際設計過程中可根據實際情況改變大小。

所述第一承載面的端部均設置有防撞傳感器，所述防撞傳感器將采集的信號發送給控制單元，所述第一承載面上還設有UWB定位標簽，以實現對機器人的定位；

所述充電單元設置于第一承載面上，包括連接著的電能存儲模塊和無線充電線圈，所述第一承載面底端設有行走機構；

所述中央控制單元，根據停車場道路信息和實際環境構建電子地圖，根據待取汽車的位置和搬運機器人的位置，確定行走路線，根據規劃的行走路線和搬運機器人的現有速度，計算出機器人的加速度，發出使機器人到達指定地點的路線信息和完成搬運的動作指令；

所述電氣控制單元與中央控制單元通信，接收中央控制單元發出的路線信息和動作指令，并控制行走機構、升降機構、夾持機構或/和充電單元進行相應的動作，實現指定汽車的搬運。

優選的，所述第一承載面和第二承載面均為一體式結構，且均為矩形。

所述行走機構，包括四組受控萬向輪及其驅動轉向步進電機，其中，所述受控萬向輪及其驅動轉向步進電機分別驅動四組受控萬向輪的轉動和行走，所述驅動轉向步進電機與控制單元連接，接收控制指令。

所述四組受控萬向輪結構相同，均包括兩個對稱布設的萬向輪，且四組受控萬向輪分別布置在所述第一承載面底端的四個端部。

所述夾持機構包括兩個導軌和四組伸縮液壓桿，所述導軌設置于第二承載面的兩端，每組伸縮液壓桿包括兩個夾持桿，四組伸縮液壓桿兩兩對稱設置于導軌的兩端，每組伸縮液壓桿的外側設置有液壓推動裝置，液壓推動裝置推動夾持桿沿導軌進行運動和固定，實現輪胎的夾持與緊固。

優選的，所述液壓推動裝置為液壓推動油缸。

所述每組伸縮液壓桿套設于不同的伸縮油缸內，所述伸縮液壓桿上設有對射光電傳感器和距離傳感器，根據對射光電傳感器和距離傳感器的數據來調整伸縮液壓桿的位置和長度。

優選的，所述伸縮液壓桿朝向汽車車輪的一側為弧形。

所述升降機構為液壓升降裝置，具體包括若干個升降液壓桿和液壓泵，所述升降液壓桿固定在第一承載面和第二承載面之間，用于調整第一承載面和第二承載面的距離，所述液壓泵連接升降液壓桿。

所述電氣控制單元，包括指令接收模塊、電控箱、UWB定位標簽和若干個防撞傳感器，所述防撞傳感器設置在第一承載面的端部，所述UWB定位標簽設置于第一承載面的幾何中心，所述指令接收模塊設置在第一承載面的幾何中心線上，接收中央控制單元的加速或減速指令，所述電控箱控制行走機構的轉向電機和驅動電機以及液壓泵。

所述中央控制單元與停車場監控服務器連接，接收服務器的電子地圖、位置信息和待取車輛信息。

優選的，所述待取車輛信息包括輪胎的位置、直徑、寬度、前輪和后輪間距和停車位置。

一種基于上述UWB定位的智能汽車搬運機器人的控制方法，包括以下步驟：

(1)根據UWB定位技術對搬運機器人進行定位，根據停車場的電子地圖確定其和待取車輛的最短路徑，規劃行駛路徑；

(2)根據規劃的路徑計算搬運機器人應有的加速度，控制其運行至待取車輛位置，行駛到待取車輛底部；

(3)接收待取車輛信息，根據車輪的前輪和后輪間距和直徑，調整伸縮液壓桿的位置和間距，使其與車輪相對應，根據對射光電傳感器和距離傳感器檢測到的數據，來對伸縮液壓桿位置和伸縮長度進行調整，從而實現對汽車輪胎的夾持；

(4)完成夾持過程后，調整第一承載面和第二承載面之間的距離，使汽車離開地面；

(5)根據UWB定位技術和停車場的電子地圖確定停車場出口和待取車輛的最短路徑，規劃行駛路徑，使搬運機器人運送汽車到停車場出口。

所述步驟(1)中，在搬運機器人沒有搬運任務時，搬運機器人停留在具有無線充電功能的停車位上進行充電，此時若有汽車停入車庫入口，停車場管理系統通過攝像頭對汽車進行模式識別，把檢測到的汽車的車輛的型號、輪胎的位置、前輪和后輪間距和停車位置，通過無線傳輸發送給搬運機器人，其中輪胎的位置信息是根據坐標化的地圖得到，(比如設置車庫第一入口出的右上角為整個車庫坐標系的原點，根據攝像頭模式識別得出輪胎的坐標，發送給搬運機器人，從而使得小車能根據汽車輪胎位置坐標來提前調整夾臂機構，從而實現當搬運機器人鉆到汽車底部時，汽車輪胎正好位于每對夾臂機構的中央的目的)。

所述步驟(1)中，規劃路徑時，充分利用空車車位，進行最優路徑的確定，且避開已停車的停車位。

所述步驟(1)中，電子地圖采用Mapinfo軟件生成的方式生成，使停車場各個車位的位置和電子地圖上的坐標相對應。

所述步驟(1)中，搬運機器人的第一承載面和第二承載面的長度、寬度與停車位的長度、寬度相適配。

所述步驟(2)中，如果規劃路徑有拐彎，在拐彎處使可控萬向輪組均轉動90°。

本實用新型的有益效果為：

(1)本實用新型自主導航系統采用基站定位和地圖進行導航，當停車場結構或停車路線發生改變，只需改變相應虛擬電子地圖，具有定位導航簡單，改造費用少的優點；

(2)本實用新型行走機構為可控萬向輪，當機器人需要轉向時，機器人整體不需要轉動，只需轉動萬向輪組，可節省時間，降低安全風險；

(3)本實用新型夾臂機構受中央控制單元指令控制，可根據停車場主控系統發來的指令在行駛過程中提前調整夾臂位置，當到達汽車停靠位置時只需輕微動作，即可完成對汽車的夾持工作；

(4)本實用新型夾臂機構表面具有對射光電傳感器和距離傳感器，可實現對汽車輪胎的夾持位置一定，不至于過松或過緊；根據發送的待取車輛信息提前調整夾臂位置，因此搬運機器人夾持取出汽車的過程的時間會大大縮短；

(5)本實用新型在實際設計工程中可設計為若干大小不等機器人，當大車停在入口處時候，則調用較大的搬運機器人進行搬運；當小車停在入口處時，則調用較小的搬運機器人進行搬運。

(6)本實用新型電池組充電為無線充電方式，可減少機器人運行步驟，使機器人連續工作。

附圖說明

圖1為本實用新型的立體結構示意圖；

圖2為本實用新型的第一承載面結構示意圖；

圖3為本實用新型的第二承載面結構示意圖；

圖4為本實用新型的液壓系統原理圖；

圖5為本實用新型的承載汽車時的側視圖；

圖6為本實用新型的應用示意圖。

其中，1、第一承載面；2、第二承載面；3、推拉油缸；4、伸縮油缸；5、升降液壓桿；6、萬向輪組；7、伸縮液壓桿抱持車輪一側；8、推拉液壓桿；9、定位傳感器；10、液壓泵；11、壓縮電機；12、中央控制模塊；13、電池組；14、無線充電線圈；15、電控箱；16、安全防撞傳感器；17、伸縮液壓桿；18、導軌，20、指令信息接收組件，21、光電對射傳感器，22、距離傳感器；

301-308、推拉油缸，6011、6021,6012、6022,6013、6023,6014、6024萬向輪組驅動轉向步進電機，501-504、升降液壓桿組。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。

一種智能汽車搬運機器人，所述搬運機器人包括車架、設置在所述車架上的受控萬向輪組、夾臂機構和電氣控制系統。在所述搬運機器人中還包括無線指令信息接收組件、中央控制模塊、電池組件、無線充電管理組件、傳感器組件、安全防撞監測組件。所述萬向輪組、夾臂機構均與電氣控制系統連接的。所述電氣控制系統和無線指令信息接收組件均與所述中央控制模塊連接。

搬運機器人導航方式采用高精度地圖導航方式導航，所述高精度地圖是通過傳感器對停車場道路環境信息的采集，然后通過建模的方式生成。

受控萬向輪為四組八個、由驅動電機直接驅動。受控萬向輪的方向受四個轉向電機控制，所述驅動電機和轉向電機均受電氣控制系統控制，所述電氣控制系統與中央控制模塊相連并根據中央控制模塊指令動作。

搬運機器人上設有四組所述夾臂機構，四組所述夾持臂機構對稱設在所述車架兩側。所述夾持臂機構采用受控液壓傳動裝置，所述液壓傳動裝置受電氣控制系統控制。

夾持臂接觸車輪的表面設有光電對射傳感器21和距離傳感器22，所述光電對射傳感器21和距離傳感器22與中央控制模塊連接。

包括承載面1和承載面2，及連接兩承載面的升降液壓桿5，設置在所述承載面1上的萬向輪組6、升降液壓桿5、電控箱15、無線充電互感線圈14、電池組13、定位傳感器9、液壓泵10、壓縮電機11、中央控制模塊12、安全防撞傳感器16，指令信息接收組件20，設置在所述承載面2上的推拉油缸3、伸縮油缸4、推拉液壓桿8、導軌18、及設置在伸縮油缸上的伸縮液壓桿17。本實用新型通過在承載面1上設置無線充電線圈14，停車場配合能夠實現機器人不間斷工作，特別在停車高峰期，搬運機器人電量不足將會大大影響停車效率。

現有的AGV搬運機器人導航方法均采用類似于如下方法：根據安裝在搬運機器人上的傳感器和地面上的介質來對搬運機器人進行導航。地面上的介質的破損或存有污垢將會大大影響導航精度。本實用新型采用室內高精度定位技術超寬帶UWB定位，經過優化算法和數據處理可達到5cm以內的定位精度。將本實用新型智能機器人的定位傳感器設置在承載面1的幾何中心點，根據停車場實際規模設置若干定位基站，可實現對搬運機器人實時位置進行準確定位，再根據停車場道路信息和實際環境構建的高精度電子地圖，和對搬運機器人規劃的運行路徑和現有速度，可計算出搬運機器人應有的加速度，從而能夠實現搬運機器人自主運行到指定停車位。所述高精度地圖及定位信息存儲于停車場管理系統服務器，搬運機器人僅需通過指令接收組件20接收加速或減速指令執行相應動作。

如圖1、圖2所示，根據本實用新型上述的實施例，所述萬向輪組6包括四組八個驅動轉向步進電機6011、6021，6012、6022，6013、6023，6014、6024。，其中6011、6021，6014、6024并列設在所述承載面1的一端下部，6012、6022，6013、6023并列設在承載面1的另一端下部。

如圖2所示，根據本實用新型上述的實施例，所述電控箱15、無線充電線圈14、電池組13、定位傳感器9、液壓泵10、壓縮電機11、中央控制模塊12、指令接收組件20依次設在所述承載面1的幾何中心線上，所述安全防撞傳感器16設在所述承載面1的四個角位。所述升降液壓桿5包括501、502、503、504四組，其中501、504并列設在所述承載面1的一端上部，502、503并列設在承載面1的另一端下部。

UWB定位標簽用于接收脈沖，實現對搬運機器人幾何中心點的定位；防撞傳感器可用紅外，雷達，超聲波等，檢測搬運機器人運動方向上搬運機器人距障礙物的距離；指令接收傳感器用于接收停車場管理系統發送過來的控制命令，并傳送給搬運機器人中的中央控制模塊，搬運機器人根據相關指令執行相關動作。

如圖3所示，根據本實用新型上述的實施例，所述承載面2包括推拉油缸3、伸縮油缸4、推拉液壓桿8、導軌18、及設置在伸縮油缸上的伸縮液壓桿17。所述推拉油缸3包括301、302、303、304、305、306、307、308八組，所述301、308并列設在所述承載板2的一端內部，所述304、305并列設在所述承載板2的另一端的內部，所述302、303、306、307設在所述承載板2的橫向幾何中心線兩側的內部。所述伸縮油缸4包括四套，分別依次設在所述承載板2的內部。所述伸縮液壓桿17抱持車輪的一側7設為貼合汽車輪胎的弧形，所述抱持車輪的一側7表面設有光電對射傳感器21和距離傳感器22。所述光電對射傳感器21檢測到的數據用來反饋調節伸縮液壓桿17，所述距離傳感器22所檢測到的距離數據用來反饋調節推拉液壓桿8。所述伸縮液壓桿17可縮回伸縮油缸4中，所述導軌18用來對伸縮油缸4前后移動時的固定，使伸縮油缸動作更加可靠穩固。本實用新型中所述的承載面2為一個整體，使整個結構更加堅固可靠。

優選地，所述光電對射傳感器設置在距離伸縮液壓桿17外端點25cm處，所述距離傳感器22設置在距離伸縮液壓桿17外端點15cm處。

參照圖4，根據本實用新型上述的實施例，所述液壓系統只需要一個壓縮電機11，這就減少了整個搬運機器人的電機的總數量，提高了搬運機器人運行的可靠性。

智能汽車搬運機器人行走過程：參照圖6，介紹搬運機器人于7號停車位一側行走至3號停車位和10號停車位之間的過程，首先根據停車場內的定位系統對搬運機器人精確定位，計算出搬運機器人位置至拐角處a的距離，之后給搬運機器人發送行走指令，令搬運機器人運行，在搬運機器人運行至拐角處a的過程中，停車場定位系統對搬運機器人進行實時定位并計算出搬運機器人應有的加速度并發送至搬運機器人，以實時調整搬運機器人運行速度。當運行至拐角a處后，萬向輪組6中四組萬向輪同時旋轉，其中萬向輪組6011、6021，6013、6023通過步進電機運行實現萬向輪順時針旋轉90度，萬向輪組6012、6022，6014、6024通過步進電機運行實現萬向輪逆時針旋轉90度。旋轉完成后，搬運機器人通過上述步驟進行橫向運行至3號停車位與10號停車位之間。搬運機器人整個運行過程中承載面始終不發生旋轉，僅通過萬向輪旋轉以改變搬運機器人運行方向。其中停車場橫向運行道路寬度根據搬運機器人長度設計，停車場縱向運行道路寬度根據搬運機器人寬度設計。

其中，各個停車位上都設置有用于識別其長度、寬度的定位裝置，用于識別車輛停放的大致位置，所述的定位裝置可以包括限位開關、紅外開關或其他定位器。

根據構建的電子地圖，采用Mapinfo生成的方式，使定位和電子地圖高度重合，在實際工程中若有偏差，進行系統調試對坐標系進行修改即可；取車搬運機器人在存車時路徑規劃策略按照在防沖突的前提的下的最短路徑；根據規劃出來的路徑和搬運機器人現有的速度可計算出應有的加速度，在電子地圖中搬運機器人只有沿X軸和Y軸兩個運行方向。

智能汽車搬運機器人存/取車過程：參照圖6和圖1，介紹搬運機器人與任意位置至入口出取車的過程，首先根據停車場管理系統采用攝像頭模式識別的方法檢測到的入口處車輛輪胎的位置、直徑、兩個前輪和兩個后輪之間的間距的數據，搬運機器人在運行至入口處的過程中調整推拉液壓桿8和伸縮液壓桿17，使得每套夾臂機構之間的間距略大于輪胎相應高度的寬度，使得對稱設在承載面2的兩套伸縮液壓桿端點的距離略小于兩前輪和兩后輪之間的間距。此時搬運機器人鉆入汽車下部，并使得夾臂機構已對準每個汽車輪胎，此時，伸縮液壓桿17向外伸展，當對射光電傳感器檢測到有遮擋物時，伸縮液壓桿17停止動作，然后，推拉液壓桿8動作對汽車輪胎進行夾持，當距離傳感器22得到的距離數據為0時推拉液壓桿8停止動作。夾持過程完成后，升降液壓桿動作，將汽車舉起脫離地面，之后，搬運機器人即可通過上述行走過程搬運汽車至指定位置。取車的過程則根據已存儲的汽車輪胎數據，在運行至停車位的過程中提前調整好夾臂的位置，以實現快速取車的目的。此提前調整夾臂位置的方法和采用光電對射傳感器和距離傳感器的方法可大大提高存取車的效率和搬運過程中夾持汽車的牢固性，能夠解決現有技術中搬運機器人上的汽車發生安全事故的問題。當對汽車夾持適當時，就可以實際情況提高搬運機器人運行速度，從而縮短存取車的時間。

本實用新型所提供的搬運機器人在運行過程中的，拐角處，入口處地面設有無線充電線圈，搬運機器人運行過程中在這些位置短暫停留時可對搬運機器人進行充電，以防止發生高峰期搬運機器人電量不足的情況，如果仍不能滿足電量需要，可根據實際需要設置無線電感線圈的數量。

優選地，本實用新型所述安全防撞檢測組件為紅外線傳感器，檢測搬運機器人至搬運機器人運行方向上障礙物的距離，根據搬運機器人現有速度和加速度判斷是否會發生碰撞，進而對搬運機器人驅動電機發出相應的指令，且此條指令優先級高于一切指令。

無線充電線圈和電池組設在搬運機器人底部。

上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。