CN107882389A - 一种智能垂直升降式立体车库 - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种智能垂直升降式立体车库，包括整体式机械框架，立体车库与执行机器人；立体车库在整体式机械框架内上下移动；钢结构框架的底部设有供车形执行机器人移动的空间，所述空间底部铺设有供执行机器人移动的轨道，所述每个停车位为长方形结构；每个停车位为上下表面为钢板，所述每个停车位设置对应停车位的位置传感器；所述停车位的位置传感器与所在的立体车库控制模块相连。执行机器人为车形，所述升降电机的驱动模块置于车体的内部空间，接收来自机器人的控制模块的控制信息；所述控制模块接收图像采集模块采集的图像信息，所述机器人控制模块与车库中央处理器相连。本方法的车库占地面积小，控制运动灵活方便，环境适应性强。

Description

一种智能垂直升降式立体车库

技术领域

本发明涉及自动化领域与机器人的协同配合领域，具体为一种智能垂直升降式立体车库。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

现有技术中，机械式立体车库由于其结构的短板慢慢被淘汰，自动化立体车库正在兴起，可是依然面临存取效率不高的问题。现有的机械式立体车库中，如发明专利CN105625781 A《立体车库》中提出采用扇形结构，并采用升降机构提高取车存车效率，可是整个环形车库为整体式结构，且升降通道内只有一套升降机构，转运效率较低。在高峰时期，很难满足实际使用需求。发明专利CN 106285097 A《立体自动化车库》公开了一种下部固定，上半部活动的自动化立体车库，通过可活动的上半部分提高该面积里的停车容量。可是不可避免的出现取车困难的局面，如果第一层有车，第二层的车会出现取不下来的尴尬情况。发明专利CN 106121321 A《一种自动化立体车库结构》中公布了一种将垂直升降的立体车库和平面移动式的立体车库相结合的结构，土地利用率高，可是在运转过程中需带动整个立体车库进行运动，能耗大，且在高峰时段不能满足实际需求，存取效率低。现有技术CN107476624《一种立体车库》中公开了从地面朝下延伸并供载车座容置的立体车库，但是该方法是利用的升降装置是可转动地安装在支撑架上的主动转轴、与主动 转轴相互平行并可转动地安装在支撑架上的从动转轴、用于驱动主动转轴转动的动力组件、前置传动组件、后置传动组件。该方法存在当车辆进出车时，支撑架与地面的连接不固定，会存在安全隐患。

基于以上原因，需要有一种能够有效利用面积、资源，经济高效地进行存取车的***被设计出来。机器人由于其智能化，自动化，运动迅速准确，能耗低等优点正在流行。机器人的互相协作也可以在有限的时间里发挥出更大的功能。通过机器人与立体车库的相互配合，可以有效地提高存取车的效率。

2.技术方案：

一种智能垂直升降式立体车库，包括整体式机械框架，立体车库与执行机器人；其特征在于：所述整体式机械框架中设有竖向延伸的提升通道；所述每个提升通道内设有至少两层立体车库，每层立体车库为一个停车位；所述立体车库在所在提升通道内上下移动；所述钢结构框架的底部设有供车形执行机器人移动的空间，所述空间底部铺设有供执行机器人移动的轨道，所述执行机器人的个数大于等于一个。

所述每个停车位为长方形结构；每个停车位为上下表面为钢板，上下表面通过四角的立柱连接；所述每个停车位设置对应停车位的位置传感器；所述停车位的位置传感器与所在的立体车库控制模块相连。

所述执行机器人为车形，包括车体、升降电机、升降电机的驱动模块、升降电机控制的升降平台、机器人控制模块、置于车体四周的图像采集模块；所述升降电机的驱动模块置于车体的内部空间，接收来自机器人的控制模块的控制信息；所述控制模块接收图像采集模块采集的图像信息，所述机器人控制模块与车库中央处理器相连。

在本发明中包括三个主要部件进行配合：立体车库，机器人与车库的中央处理器的配合。立体车库中因为有几层停车位，本发明采用每个停车位的底板上安装停车位位置传感器定位每个车位的位置情况，每个机器人也安装位置传感器定位每个机器人的位置及工作情况。实际应用中，我们常常采用机器人图像采集模块为采用智能相机，两个相机对称装于机器人的左右两侧，保证机器人前进倒退时图像采集不受影响。当然根据车库的具体情况，也可以安装在机器人的前后端。其中图像采集模块要求与地面有一定夹角，确保能进行图像采集。所述执行机器人的四个电机与升降平台接于一个全桥驱动上，驱动连接控制单元，控制单元接收并分析图像采集模块和中央处理器的信息，从而控制驱动单元，驱动单元控制执行机器人的电机运动与升降平台的上下运动。

进一步地，所述每个停车位包括停车电机，停车电机驱动模块与插销；所述车库驱动模块和车库控制模块相连；所述停车电机驱动模块与停车电机相连；所述停车电机控制插销。在本发明中，我们设置插销与整体式框架的横梁进行衔接，具体的工作过程为：步进电机带动凸轮机构，当凸轮到达最大极限位置时，插销完全推出，实现自锁。当凸轮机构到达最小位置时，插销完全收回，实现分离。所述停车电机为普通直流电机，输出轴接有螺杆，与移动凸轮上的内螺纹相配合构成螺纹副。其中当电机顺时针旋转时，移动凸轮向右移，插销作为从动件，从移动凸轮的最低点运动到最高点，实现插销的推出。插销的伸出段进入整体式框架的卡槽中，实现立体车库与机械框架的锁紧。当立体车库需要与机械框架分离：此时的必要条件是升降平台托住立体车库。当立体车库受到升降平台的支撑后，电机逆时针旋转，移动凸轮向左移动，插销失去移动凸轮的支撑，同时受到插销上预先装有的压簧的弹力，迫使插销收缩回立体车库，从而退出机械框架的卡槽，实现立体车库与机械框架的分离。

进一步地，所述执行机器人为四轮驱动，每个轮胎通过联轴器与一个车轮电机相连。

进一步地，所述钢结构框架上设置充电口，所述充电口与立体车库的电源相连。

在本发明中所述整体式机械框架为金属结构，用于容纳立体车库通行，同时提供执行机器人跑道。在整体式机械框架底部空间设置一系列标志，提供机器人扫描以使其正确判断当前所处位置。在每个车位的高度的间距上设置横梁，以确保立体车库在收回时可以与机械框架形成自锁；机械框架与电源相连，在立体车库自锁时给其内部电源充电。在跑道的末端设有机器人充电点，保证处于充电状态的机器人不与正在运动的机器人产生干涉。当执行机器人的电量低于警告值时，机器人就会运动至预定充电点进行自动充电；机器人充电点同时起到问题机器人回收处的作用，当机器人出现故障时由相邻跑道的机器人将其推至充电点，等待维修。

3.有益效果：

（1）本发明提供的车库占地面积小，控制运动灵活方便，环境适应性强。（2）运转效率极高，机器人之间协同工作可以在同等时间内完成更多运动。（3）机器人使用摄像头进行定位和导航、采集特征信息，在减少成本的同时提高机器人的智能化程度（4）全自动，有效降低了人工成本。

附图说明

图1是采用一层两排两列的立体车库的实施例；

图2是实施例中两层立体车库的示意图；

图3是实施例中执行机器人收缩状态的结构示意图；

图4是实施例中执行机器人展开状态的结构示意图；

图5为一个停车位底板的结构示意图。

具体实施方式

图1、图2、图3、图4中可以看出本发明包括整体式机械框架3、执行机器人2、.立体车库1、车库中央处理器5、机器人充点电4。所述执行机器人2采用四轮驱动，四个轮胎15对称分布于机器人的两侧，通过联轴器18与机器人车轮电机21相连接，车轮电机构成机器人的运动部分。其图像采集模块采用智能相机14，两个相机对称装于机器人的左右两侧，保证机器人前进倒退时图像采集不受影响。根据车库的实际情况，也可以在车体的前后端采集图像。图像采集模块即智能相机要求与地面有一定夹角，确保能进行图像采集。图像采集数据传导至机器人控制模块19，由其控制机器人电机驱动模块20，实现控制机器人的车轮电机，从而实现机器人的自主导航。

所述执行机器人2在运动到位之后开始工作，在进行小幅度姿态矫正，确定姿态符合要求后，四个机器人升降电机17开始运动，升降平台16升高，顶起立体车库1，执行机器人电源22给机器人升降电机与车轮电机提供动力。

在实际使用中：每排车库下方都有供机器人运动的轨道，轨道与轨道之间相连，机器人按需配置，不同轨道上的机器人可以互相协同配合，

例1. 当位于街道两侧时，只可配备一排车库，（一排有10个立体车库，共计20个车位）下方是供机器人运动的轨道，只需配备一台执行机器人，即可解决此排立体车库的运动。街道与街道轨道相连接，构成网络后可实现不同轨道之间执行机器人的协作，当一条街道上同时需要取多辆车时，一个执行机器人不能满足当时要求，***调集网络上空闲的执行机器人共同取车，满足高峰期的取车问题。

例2.当位于大型停车场时，可配备10排车库，（每排10个立体车库，共计200个车位）下方配备10条轨道，轨道之间互相连接，配备10台执行机器人，每台负责一排车库的运动。当某排需要同时取出多辆车，一个执行机器人不能满足当时要求，***调集网络上空闲的执行机器人通过相连接的轨道运动至待运动立体车库的下方取车，满足高峰期的取车问题。

因此，机器人根据使用需求配置，繁忙的、需要经常停取车的地方可以提高执行机器人的密度，即由原来的一台机器人控制10个立体车库改为一台机器人控制5个立体车库，以满足需求。

图1是为了方便表述，所以画了一套2x2的立体车库，共计8个车位，两个执行机器人负责各自轨道上方的立体车库。当某排两个立体车库需要同时运动时，一个执行机器人不能满足要求，***会调动另一轨道上的执行机器人过来帮忙，实现同时取车，保证高效率

如图2为两层停车位是的立体车库，由图中可以看出，每个停车位为一长方形结构；每个停车位上下表面为钢板，上下表面通过四角的立柱9连接。每个停车位的底板上布置了停车电机13、位置传感器、停车电机驱动模块10、立体车库控制模块11、车库充电口7。其中为了定位准确每个停车位提供了至少一个位置传感器。在本图中，立体车库的控制模块11设置在该立体车库的中间，实际上可以根据需要进行调整。

图5为立体车库底板的结构图。所述立体车库在到达预定高度时，停车位对应的位置传感器采集的数据传输给立体车库控制模块11，由其控制立体车库停车电机驱动模块10，停车电机驱动模块接收指令后驱动停车电机13运动，当停车电机运动时，末端的凸轮机构开始运行，推动插销8的运动，直至行程终了，立体车库1与整体式机械框架3锁紧，完成预定动作。立体车库电源12给步进电机提供动力。

所述整体式机械框架3为金属结构，给执行机器人2提供跑道，内部空间设置一系列标志，供机器人2扫描以使其判断当前所处位置，框架分为上下两层，上层19与地面平齐，供行人行走或者停放车辆，上层19与下层20之间的间距为立体车库的高度，以确保立体车库1在收回时可以与机械框架3形成自锁；机械框架与电源相连，在立体车库1自锁时机械框架3给立体车库电源12充电。机械框架设有充电点4，其处于跑道21末端，保证处于充电状态的机器人不与正在运动的机器人产生干涉。

所述立体车库控制模块11、机器人控制模块19均采用STM32，中央处理器5采用树莓派3型。

如图5所示，停车位的底板两端设置移动凸轮25与插销8，通过停车电机13的运动，控制凸轮25与插销8是否突出。当停车电机接收到闭合插销的指令时，电机工作带动插销凸出***整体式机械框架的对应的卡槽中。图中具体的工作过程为：步进电机带动凸轮25机构，当凸轮25到达最大极限位置时，插销8完全推出，实现自锁。当凸轮机构到达最小位置时，插销完全收回，实现分离。所述停车电机为普通直流电机，输出轴接有螺杆24，与移动凸轮上的内螺纹相配合构成螺纹副。其中当电机顺时针旋转时，移动凸轮向右移，插销作为从动件，从移动凸轮的最低点运动到最高点，实现插销的推出。插销的伸出段进入整体式框架的卡槽中，实现立体车库与机械框架的锁紧。当立体车库需要与机械框架分离：此时的必要条件是升降平台托住立体车库。当立体车库受到升降平台的支撑后，电机逆时针旋转，移动凸轮向左移动，插销失去移动凸轮的支撑，同时受到插销上预先装有的压簧的弹力，迫使插销收缩回立体车库，从而退出机械框架的卡槽，实现立体车库与机械框架的分离。其中23为弹簧。

上述一种智能垂直升降式立体车库的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：***启动，检查各个停车位与执行机器人的当前状态与位置，并将检查到的信息反馈给中央处理器；所述中央处理器处于等待接收外部信号状态；所述外部指令为安卓客户端或者其他微型终端发出的指令。

步骤二：中央处理器接收到需要停车或者驶出车辆的信号时，安排停车位；如果该停车位正好位于地面一层，则执行机器人不动作；如果检查到该停车位位于地面下的一层，则发布指令到指定机器人并安排机器人的行程与上升的对应的层数；如果检查到该停车位位于地面上面且不是第一层，则发布指令到指定机器人并安排机器人的行程与下降的对应的层数。

步骤三：所述执行机器人接收到动作的指令，通过机器人位置传感器确定是否到达需要动作的立体车库所在的位置；根据机器人的图像获取模块获取图像信息并判断机器人所在的位置是否符合要求，并进行小幅度姿态矫正，使得升降平台已经处于安全工作范围，确认到位后执行机器人的升降电机开始运作，顶起待运动的立体车库。

步骤四：升降平台通过顶起或者下降立体车库将需要停车的停车位与地面相平，停车位在到达预定位置时该停车位的位置传感器将位置信号传输至立体车库控制模块，车库控制模块控制停车位电机驱动单元，停车电机驱动单元接收指令后停车电机运动，当停车电机运动时，与停车电机连接的停车位末端的凸轮机构开始运行，推动插销的运动，直至行程终了，立体车库与整体式机械框架锁紧 ；车辆驶入或者驶出停车位。

步骤五：立体车库锁紧后给中央处理器发出信号，并将该车库的新的信息更新。

进一步地，当立体车库与立体车库与整体式机械框架锁紧时，立体车库的电源通过与整体式机械框架的充电口相连进行充电。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (4)

1.一种智能垂直升降式立体车库，包括整体式机械框架，立体车库与执行机器人；其特征在于：所述整体式机械框架中设有竖向延伸的提升通道；所述每个提升通道内设有至少两层立体车库，每层立体车库为一个停车位；所述立体车库在所在提升通道内上下移动；所述钢结构框架的底部设有供车形执行机器人移动的空间，所述空间底部铺设有供执行机器人移动的轨道，所述执行机器人的个数大于等于一个；

所述每个停车位为长方形结构；每个停车位为上下表面为钢板，上下表面通过四角的立柱连接；所述每个停车位设置对应停车位的位置传感器；所述停车位的位置传感器与所在的立体车库控制模块相连；

所述执行机器人为车形，包括车体、升降电机、升降电机的驱动模块、升降电机控制的升降平台、机器人控制模块、置于车体四周的图像采集模块；所述升降电机的驱动模块置于车体的内部空间，接收来自机器人的控制模块的控制信息；所述控制模块接收图像采集模块采集的图像信息，所述机器人控制模块与车库中央处理器相连。

2.根据权利要求1所述的一种智能垂直升降式立体车库，其特征在于：所述每个停车位包括停车电机，停车电机驱动模块与插销；所述车库驱动模块和车库控制模块相连；所述停车电机驱动模块与停车电机相连；所述停车电机控制插销。

3.根据权利要求1所述的一种智能垂直升降式立体车库，其特征在于：所述执行机器人为四轮驱动，每个轮胎通过联轴器与一个车轮电机相连。

4.根据权利要求1所述的一种智能垂直升降式立体车库，其特征在于：所述钢结构框架上设置充电口，所述充电口与立体车库的电源相连。