一种基于UWB定位的智能汽车搬运机器人的制作方法

本实用新型涉及一种基于UWB定位的智能汽车搬运机器人。

背景技术：

随着汽车工业的发展和人民生活水平的提高，城市人均汽车占有量不断增加，但是随着城市人口的增加，人们的居住空间越来越小，可供停车的位置日趋紧张，为了适应停车的需要，人们开始大量使用智能立体车库。目前，立体车库主要有平面移动、垂直升降及巷道堆垛等几种型式，在汽车的搬运上有载车板、升降梳齿和车轮夹持等几种方法，其中车轮夹持式以结构紧凑、存取车速度快，土建成本低等优点应用越来越广泛。汽车搬运机器人在车库中运行时导航的现有方式主要有电磁式、视频、激光式等，通过导航系统以实现在车库中汽车的自动存取。

公开号为“CN 105220918A”的名称为“一种汽车搬运机器人”的中国专利公开了一种搬运载车板的机器人，此技术方案是针对机器人多个顶升机构很难实现同步会导致载车板上的汽车出现倾斜、跌落损毁等安全事故的缺点而提出的。但是，由于此载车板搬运机器人在存取车时仍有一个存取载车板的过程，增加了存取车的时间，工作效率比较低。

授权公告号为“CN 204457020 U”公开了：“一种AGV汽车搬运器，包括两个结构的小车，及连接两个所述小车的连接机构，所述小车包括架体、设置在所述架体上的行走机构、万向轮组、伸缩液压杆机构和电气控制系统。”此技术方案主要有以下几点不足之处：1、该专利所采用的AGV的导航系统为电磁、视频、激光等方式，如果停车场结构发生变化，导航系统的改造费用较大。2、该专利所述小车转向功能是通过小车左右驱动轮有差速来实现的，这会增加小车运行时所需的空间，所需转向的时间也会增加。3、该专利在存取的是时候必须是小车钻入汽车底下然后通过传感器获取车轮位置，调整小车位置，进而夹持车轮，这会大大增加整个存取车过程所需的时间。4、夹持臂机构中间空隙不可调，如果车轮较小，则有可能导致夹持机构上调时，车轮仍未离地，或者车轮较大时，汽车直接置于夹持臂之上，在运送的过程中极易发生安全事故。5、该专利所述汽车搬运器的宽度只有单一的型号，在实际情况中，汽车大小差别很大(如路虎和奇瑞QQ之间的差距)，这就会导致如果该专利所述搬运器能够搬运奇瑞QQ的话，当该专利所述汽车搬运器搬运路虎的时候，其结构就会显得过于小从而导致安全隐患，如果该专利所述汽车搬运器正好搬运路虎，则其搬运奇瑞QQ时就很有可能钻不到QQ 车底下。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于UWB定位的智能汽车搬运机器人，本装置能根据指令自动运行，在智能车库中快速，安全的存取汽车。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于UWB定位的智能汽车搬运机器人，包括行走机构、升降机构、夹持机构、电气控制单元、中央控制单元、充电单元和承载机构，其中：

所述承载机构包括两块上下布置的第一承载面、第二承载面，所述第一承载面和第二承载面通过升降机构支撑连接，位于上端的第二承载面的两侧对称布设有夹持汽车轮胎的夹持机构；

所述第一承载面和第二承载面在实际设计过程中可根据实际情况改变大小。

所述第一承载面的端部均设置有防撞传感器，所述防撞传感器将采集的信号发送给控制单元，所述第一承载面上还设有UWB定位标签，以实现对机器人的定位；

所述充电单元设置于第一承载面上，包括连接着的电能存储模块和无线充电线圈，所述第一承载面底端设有行走机构；

所述中央控制单元，根据停车场道路信息和实际环境构建电子地图，根据待取汽车的位置和搬运机器人的位置，确定行走路线，根据规划的行走路线和搬运机器人的现有速度，计算出机器人的加速度，发出使机器人到达指定地点的路线信息和完成搬运的动作指令；

所述电气控制单元与中央控制单元通信，接收中央控制单元发出的路线信息和动作指令，并控制行走机构、升降机构、夹持机构或/和充电单元进行相应的动作，实现指定汽车的搬运。

优选的，所述第一承载面和第二承载面均为一体式结构，且均为矩形。

所述行走机构，包括四组受控万向轮及其驱动转向步进电机，其中，所述受控万向轮及其驱动转向步进电机分别驱动四组受控万向轮的转动和行走，所述驱动转向步进电机与控制单元连接，接收控制指令。

所述四组受控万向轮结构相同，均包括两个对称布设的万向轮，且四组受控万向轮分别布置在所述第一承载面底端的四个端部。

所述夹持机构包括两个导轨和四组伸缩液压杆，所述导轨设置于第二承载面的两端，每组伸缩液压杆包括两个夹持杆，四组伸缩液压杆两两对称设置于导轨的两端，每组伸缩液压杆的外侧设置有液压推动装置，液压推动装置推动夹持杆沿导轨进行运动和固定，实现轮胎的夹持与紧固。

优选的，所述液压推动装置为液压推动油缸。

所述每组伸缩液压杆套设于不同的伸缩油缸内，所述伸缩液压杆上设有对射光电传感器和距离传感器，根据对射光电传感器和距离传感器的数据来调整伸缩液压杆的位置和长度。

优选的，所述伸缩液压杆朝向汽车车轮的一侧为弧形。

所述升降机构为液压升降装置，具体包括若干个升降液压杆和液压泵，所述升降液压杆固定在第一承载面和第二承载面之间，用于调整第一承载面和第二承载面的距离，所述液压泵连接升降液压杆。

所述电气控制单元，包括指令接收模块、电控箱、UWB定位标签和若干个防撞传感器，所述防撞传感器设置在第一承载面的端部，所述UWB定位标签设置于第一承载面的几何中心，所述指令接收模块设置在第一承载面的几何中心线上，接收中央控制单元的加速或减速指令，所述电控箱控制行走机构的转向电机和驱动电机以及液压泵。

所述中央控制单元与停车场监控服务器连接，接收服务器的电子地图、位置信息和待取车辆信息。

优选的，所述待取车辆信息包括轮胎的位置、直径、宽度、前轮和后轮间距和停车位置。

一种基于上述UWB定位的智能汽车搬运机器人的控制方法，包括以下步骤：

(1)根据UWB定位技术对搬运机器人进行定位，根据停车场的电子地图确定其和待取车辆的最短路径，规划行驶路径；

(2)根据规划的路径计算搬运机器人应有的加速度，控制其运行至待取车辆位置，行驶到待取车辆底部；

(3)接收待取车辆信息，根据车轮的前轮和后轮间距和直径，调整伸缩液压杆的位置和间距，使其与车轮相对应，根据对射光电传感器和距离传感器检测到的数据，来对伸缩液压杆位置和伸缩长度进行调整，从而实现对汽车轮胎的夹持；

(4)完成夹持过程后，调整第一承载面和第二承载面之间的距离，使汽车离开地面；

(5)根据UWB定位技术和停车场的电子地图确定停车场出口和待取车辆的最短路径，规划行驶路径，使搬运机器人运送汽车到停车场出口。

所述步骤(1)中，在搬运机器人没有搬运任务时，搬运机器人停留在具有无线充电功能的停车位上进行充电，此时若有汽车停入车库入口，停车场管理系统通过摄像头对汽车进行模式识别，把检测到的汽车的车辆的型号、轮胎的位置、前轮和后轮间距和停车位置，通过无线传输发送给搬运机器人，其中轮胎的位置信息是根据坐标化的地图得到，(比如设置车库第一入口出的右上角为整个车库坐标系的原点，根据摄像头模式识别得出轮胎的坐标，发送给搬运机器人，从而使得小车能根据汽车轮胎位置坐标来提前调整夹臂机构，从而实现当搬运机器人钻到汽车底部时，汽车轮胎正好位于每对夹臂机构的中央的目的)。

所述步骤(1)中，规划路径时，充分利用空车车位，进行最优路径的确定，且避开已停车的停车位。

所述步骤(1)中，电子地图采用Mapinfo软件生成的方式生成，使停车场各个车位的位置和电子地图上的坐标相对应。

所述步骤(1)中，搬运机器人的第一承载面和第二承载面的长度、宽度与停车位的长度、宽度相适配。

所述步骤(2)中，如果规划路径有拐弯，在拐弯处使可控万向轮组均转动90°。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型自主导航系统采用基站定位和地图进行导航，当停车场结构或停车路线发生改变，只需改变相应虚拟电子地图，具有定位导航简单，改造费用少的优点；

(2)本实用新型行走机构为可控万向轮，当机器人需要转向时，机器人整体不需要转动，只需转动万向轮组，可节省时间，降低安全风险；

(3)本实用新型夹臂机构受中央控制单元指令控制，可根据停车场主控系统发来的指令在行驶过程中提前调整夹臂位置，当到达汽车停靠位置时只需轻微动作，即可完成对汽车的夹持工作；

(4)本实用新型夹臂机构表面具有对射光电传感器和距离传感器，可实现对汽车轮胎的夹持位置一定，不至于过松或过紧；根据发送的待取车辆信息提前调整夹臂位置，因此搬运机器人夹持取出汽车的过程的时间会大大缩短；

(5)本实用新型在实际设计工程中可设计为若干大小不等机器人，当大车停在入口处时候，则调用较大的搬运机器人进行搬运；当小车停在入口处时，则调用较小的搬运机器人进行搬运。

(6)本实用新型电池组充电为无线充电方式，可减少机器人运行步骤，使机器人连续工作。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的第一承载面结构示意图；

图3为本实用新型的第二承载面结构示意图；

图4为本实用新型的液压系统原理图；

图5为本实用新型的承载汽车时的侧视图；

图6为本实用新型的应用示意图。

其中，1、第一承载面；2、第二承载面；3、推拉油缸；4、伸缩油缸；5、升降液压杆；6、万向轮组；7、伸缩液压杆抱持车轮一侧；8、推拉液压杆；9、定位传感器；10、液压泵；11、压缩电机；12、中央控制模块；13、电池组；14、无线充电线圈；15、电控箱；16、安全防撞传感器；17、伸缩液压杆；18、导轨，20、指令信息接收组件，21、光电对射传感器，22、距离传感器；

301-308、推拉油缸，6011、6021,6012、6022,6013、6023,6014、6024万向轮组驱动转向步进电机，501-504、升降液压杆组。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

一种智能汽车搬运机器人，所述搬运机器人包括车架、设置在所述车架上的受控万向轮组、夹臂机构和电气控制系统。在所述搬运机器人中还包括无线指令信息接收组件、中央控制模块、电池组件、无线充电管理组件、传感器组件、安全防撞监测组件。所述万向轮组、夹臂机构均与电气控制系统连接的。所述电气控制系统和无线指令信息接收组件均与所述中央控制模块连接。

搬运机器人导航方式采用高精度地图导航方式导航，所述高精度地图是通过传感器对停车场道路环境信息的采集，然后通过建模的方式生成。

受控万向轮为四组八个、由驱动电机直接驱动。受控万向轮的方向受四个转向电机控制，所述驱动电机和转向电机均受电气控制系统控制，所述电气控制系统与中央控制模块相连并根据中央控制模块指令动作。

搬运机器人上设有四组所述夹臂机构，四组所述夹持臂机构对称设在所述车架两侧。所述夹持臂机构采用受控液压传动装置，所述液压传动装置受电气控制系统控制。

夹持臂接触车轮的表面设有光电对射传感器21和距离传感器22，所述光电对射传感器21和距离传感器22与中央控制模块连接。

包括承载面1和承载面2，及连接两承载面的升降液压杆5，设置在所述承载面1上的万向轮组6、升降液压杆5、电控箱15、无线充电互感线圈14、电池组13、定位传感器9、液压泵10、压缩电机11、中央控制模块12、安全防撞传感器16，指令信息接收组件20，设置在所述承载面2上的推拉油缸3、伸缩油缸4、推拉液压杆8、导轨18、及设置在伸缩油缸上的伸缩液压杆17。本实用新型通过在承载面1上设置无线充电线圈14，停车场配合能够实现机器人不间断工作，特别在停车高峰期，搬运机器人电量不足将会大大影响停车效率。

现有的AGV搬运机器人导航方法均采用类似于如下方法：根据安装在搬运机器人上的传感器和地面上的介质来对搬运机器人进行导航。地面上的介质的破损或存有污垢将会大大影响导航精度。本实用新型采用室内高精度定位技术超宽带UWB定位，经过优化算法和数据处理可达到5cm以内的定位精度。将本实用新型智能机器人的定位传感器设置在承载面1的几何中心点，根据停车场实际规模设置若干定位基站，可实现对搬运机器人实时位置进行准确定位，再根据停车场道路信息和实际环境构建的高精度电子地图，和对搬运机器人规划的运行路径和现有速度，可计算出搬运机器人应有的加速度，从而能够实现搬运机器人自主运行到指定停车位。所述高精度地图及定位信息存储于停车场管理系统服务器，搬运机器人仅需通过指令接收组件20接收加速或减速指令执行相应动作。

如图1、图2所示，根据本实用新型上述的实施例，所述万向轮组6包括四组八个驱动转向步进电机6011、6021，6012、6022，6013、6023，6014、6024。，其中6011、6021，6014、6024并列设在所述承载面1的一端下部，6012、6022，6013、6023并列设在承载面1的另一端下部。

如图2所示，根据本实用新型上述的实施例，所述电控箱15、无线充电线圈14、电池组13、定位传感器9、液压泵10、压缩电机11、中央控制模块12、指令接收组件20依次设在所述承载面1的几何中心线上，所述安全防撞传感器16设在所述承载面1的四个角位。所述升降液压杆5包括501、502、503、504四组，其中501、504并列设在所述承载面1的一端上部，502、503并列设在承载面1的另一端下部。

UWB定位标签用于接收脉冲，实现对搬运机器人几何中心点的定位；防撞传感器可用红外，雷达，超声波等，检测搬运机器人运动方向上搬运机器人距障碍物的距离；指令接收传感器用于接收停车场管理系统发送过来的控制命令，并传送给搬运机器人中的中央控制模块，搬运机器人根据相关指令执行相关动作。

如图3所示，根据本实用新型上述的实施例，所述承载面2包括推拉油缸3、伸缩油缸4、推拉液压杆8、导轨18、及设置在伸缩油缸上的伸缩液压杆17。所述推拉油缸3包括301、302、303、304、305、306、307、308八组，所述301、308并列设在所述承载板2的一端内部，所述304、305并列设在所述承载板2的另一端的内部，所述302、303、306、307设在所述承载板2的横向几何中心线两侧的内部。所述伸缩油缸4包括四套，分别依次设在所述承载板2的内部。所述伸缩液压杆17抱持车轮的一侧7设为贴合汽车轮胎的弧形，所述抱持车轮的一侧7表面设有光电对射传感器21和距离传感器22。所述光电对射传感器21检测到的数据用来反馈调节伸缩液压杆17，所述距离传感器22所检测到的距离数据用来反馈调节推拉液压杆8。所述伸缩液压杆17可缩回伸缩油缸4中，所述导轨18用来对伸缩油缸4前后移动时的固定，使伸缩油缸动作更加可靠稳固。本实用新型中所述的承载面2为一个整体，使整个结构更加坚固可靠。

优选地，所述光电对射传感器设置在距离伸缩液压杆17外端点25cm处，所述距离传感器22设置在距离伸缩液压杆17外端点15cm处。

参照图4，根据本实用新型上述的实施例，所述液压系统只需要一个压缩电机11，这就减少了整个搬运机器人的电机的总数量，提高了搬运机器人运行的可靠性。

智能汽车搬运机器人行走过程：参照图6，介绍搬运机器人于7号停车位一侧行走至3号停车位和10号停车位之间的过程，首先根据停车场内的定位系统对搬运机器人精确定位，计算出搬运机器人位置至拐角处a的距离，之后给搬运机器人发送行走指令，令搬运机器人运行，在搬运机器人运行至拐角处a的过程中，停车场定位系统对搬运机器人进行实时定位并计算出搬运机器人应有的加速度并发送至搬运机器人，以实时调整搬运机器人运行速度。当运行至拐角a处后，万向轮组6中四组万向轮同时旋转，其中万向轮组6011、6021，6013、6023通过步进电机运行实现万向轮顺时针旋转90度，万向轮组6012、6022，6014、6024通过步进电机运行实现万向轮逆时针旋转90度。旋转完成后，搬运机器人通过上述步骤进行横向运行至3号停车位与10号停车位之间。搬运机器人整个运行过程中承载面始终不发生旋转，仅通过万向轮旋转以改变搬运机器人运行方向。其中停车场横向运行道路宽度根据搬运机器人长度设计，停车场纵向运行道路宽度根据搬运机器人宽度设计。

其中，各个停车位上都设置有用于识别其长度、宽度的定位装置，用于识别车辆停放的大致位置，所述的定位装置可以包括限位开关、红外开关或其他定位器。

根据构建的电子地图，采用Mapinfo生成的方式，使定位和电子地图高度重合，在实际工程中若有偏差，进行系统调试对坐标系进行修改即可；取车搬运机器人在存车时路径规划策略按照在防冲突的前提的下的最短路径；根据规划出来的路径和搬运机器人现有的速度可计算出应有的加速度，在电子地图中搬运机器人只有沿X轴和Y轴两个运行方向。

智能汽车搬运机器人存/取车过程：参照图6和图1，介绍搬运机器人与任意位置至入口出取车的过程，首先根据停车场管理系统采用摄像头模式识别的方法检测到的入口处车辆轮胎的位置、直径、两个前轮和两个后轮之间的间距的数据，搬运机器人在运行至入口处的过程中调整推拉液压杆8和伸缩液压杆17，使得每套夹臂机构之间的间距略大于轮胎相应高度的宽度，使得对称设在承载面2的两套伸缩液压杆端点的距离略小于两前轮和两后轮之间的间距。此时搬运机器人钻入汽车下部，并使得夹臂机构已对准每个汽车轮胎，此时，伸缩液压杆17向外伸展，当对射光电传感器检测到有遮挡物时，伸缩液压杆17停止动作，然后，推拉液压杆8动作对汽车轮胎进行夹持，当距离传感器22得到的距离数据为0时推拉液压杆8停止动作。夹持过程完成后，升降液压杆动作，将汽车举起脱离地面，之后，搬运机器人即可通过上述行走过程搬运汽车至指定位置。取车的过程则根据已存储的汽车轮胎数据，在运行至停车位的过程中提前调整好夹臂的位置，以实现快速取车的目的。此提前调整夹臂位置的方法和采用光电对射传感器和距离传感器的方法可大大提高存取车的效率和搬运过程中夹持汽车的牢固性，能够解决现有技术中搬运机器人上的汽车发生安全事故的问题。当对汽车夹持适当时，就可以实际情况提高搬运机器人运行速度，从而缩短存取车的时间。

本实用新型所提供的搬运机器人在运行过程中的，拐角处，入口处地面设有无线充电线圈，搬运机器人运行过程中在这些位置短暂停留时可对搬运机器人进行充电，以防止发生高峰期搬运机器人电量不足的情况，如果仍不能满足电量需要，可根据实际需要设置无线电感线圈的数量。

优选地，本实用新型所述安全防撞检测组件为红外线传感器，检测搬运机器人至搬运机器人运行方向上障碍物的距离，根据搬运机器人现有速度和加速度判断是否会发生碰撞，进而对搬运机器人驱动电机发出相应的指令，且此条指令优先级高于一切指令。

无线充电线圈和电池组设在搬运机器人底部。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。