基于AGV的立體車庫控制管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

姚　健，陳家俊，王　琪

(江蘇科技大學 機電與動力工程學院，江蘇　蘇州　215000)

0　引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車保有量飛速增長，停車位以及其他基礎(chǔ)設(shè)備的需求也日益增加[1]。現(xiàn)有研究表明：在眾多停車設(shè)備中，使用AGV搬運器的立體車庫具有更加高效、快捷、方便的存取車體驗[2-3]。為此，本文提出了以AGV搬運器為基礎(chǔ)的立體車庫控制管理系統(tǒng)，并制作了實物模型。實驗表明：該設(shè)計方案不僅可以有效地實現(xiàn)車輛的準停，還可以實現(xiàn)整個立體車庫的高效、自動控制。

1　立體車庫控制管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

該立體車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用目前較為先進的帶升降機構(gòu)的多層停車設(shè)備[4-5]，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。立體車庫控制管理系統(tǒng)采用總分式結(jié)構(gòu)，總控制系統(tǒng)為用戶的操作面板，即人機交互界面；分系統(tǒng)主要包括電梯控制系統(tǒng)、停車對位控制系統(tǒng)和智能搬運控制系統(tǒng)?？偪刂葡到y(tǒng)綜合各分系統(tǒng)匯總的數(shù)據(jù)，按照用戶的操作需求下達相應(yīng)的執(zhí)行指令。控制系統(tǒng)主要功能模塊如圖2所示。

圖1　立體車庫結(jié)構(gòu)示意圖

1.1　停車對位系統(tǒng)設(shè)計

停車對位系統(tǒng)用于保證車輛停于準確的車位，通過4個超聲波模塊實現(xiàn)，超聲波模塊型號為HC-SR04，主要包含超聲波發(fā)送接收和控制電路。在車位前方、左側(cè)(或右側(cè))的合適位置上各放置兩個超聲波模塊，用于限制車輛的左右、前后位置，當4個傳感器模塊都檢測到適當距離內(nèi)有障礙物時，代表該車準停；當4個傳感器有一個沒有檢測到適當距離內(nèi)有障礙物或者障礙物離得太近時，控制面板發(fā)出相應(yīng)的LED燈光，表示車未準停，同時暫停存車程序，并啟動自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊來進一步矯正，直至實現(xiàn)準停。停車對位系統(tǒng)電路圖如圖3所示，超聲波控制電路圖如圖4所示。

圖2　控制系統(tǒng)主要功能模塊

圖3　停車對位系統(tǒng)電路圖

1.2　升降電梯系統(tǒng)設(shè)計

車庫的升降機構(gòu)用于將車輛送到指定樓層，結(jié)構(gòu)類似于電梯[6-7]。升降機構(gòu)主要由轎廂、拖動電機、配重塊等組成，如圖5所示。電梯的拖動電機選用鼠籠式異步電機，升降電梯系統(tǒng)內(nèi)部裝有多種傳感器，用于監(jiān)測電梯的運行狀態(tài)和安全保障。每一層裝有紅外檢測模塊，用于監(jiān)測電梯的運行狀況。在電梯內(nèi)部裝有加速度傳感器，用于檢測電梯是否異常運行。在拖動電機端，裝有功率傳感器和溫度傳感器，監(jiān)測電機的運行狀態(tài)，防止出現(xiàn)電機過載和老化。

1.3　智能搬運系統(tǒng)設(shè)計

車輛的搬運過程主要由AGV搬運器實現(xiàn)，采用排隊論中的順序原則進行AGV調(diào)度，即先收到的任務(wù)先處理，后收到的任務(wù)后處理，依次執(zhí)行[8-9]。假設(shè)車庫為4層，每層設(shè)置10個車位，各層車位布局如圖6所示?，F(xiàn)有汽車20輛，分每層隨機選取5個車位放置車輛，按順序原則進行智能搬運調(diào)度。車位依次編號為1到10，每個車位的車位狀態(tài)用0和1來表示，0

表示車位上沒有車，1表示車位上有車，車庫初始車位狀態(tài)如表1所示。立體車庫每層的高度為2.5 m，每個車位的大小為2.5 m×5 m，樓層寬度為14.5 m×13 m，電梯的運行速度v=1.5 m/s、加速度a=1 m/s2?？蛰d情況下，AGV搬運器的加速度a1=1 m/s2，勻速運動速度v1=1.5 m/s；載車情況下，AGV搬運器加速度a2=0.5 m/s2，勻速運動的速度取v2=0.8 m/s。計算得出的每個任務(wù)(存車或取車)的使用時間如表2所示。

圖4　超聲波控制電路圖

圖5電梯升降機構(gòu)示意圖圖6車庫各層車位布置

表1　車庫初始車位狀態(tài)

1.4　人機交互界面設(shè)計與整體系統(tǒng)實現(xiàn)

控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊采用ZigBee無線通訊技術(shù)[10]，結(jié)合藍牙通訊模塊實現(xiàn)，采用的主要硬件有Arduino Nano電路板、MFRC522射頻卡檢測模塊、LCD顯示屏和獨立式按鍵檢測模塊。

表2　每個任務(wù)(存車或取車)的使用時間

人機交互界面通過串口實現(xiàn)與停車對位系統(tǒng)的通訊，當接收到停車對位系統(tǒng)發(fā)送的停車完成信號時，LCD顯示信息，提示用戶進行下一步操作，允許用戶刷卡存車，用戶將射頻卡放到射頻卡檢測模塊上方，射頻卡檢測模塊讀取射頻卡內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒骺匦酒瑢⑦@些數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上，用戶可以根據(jù)信息提示進行下一步操作，選擇存取車。人機交互界面電路圖如圖7所示，控制面板實物圖如圖8所示。

搭建整體控制模型(如圖9所示)并進行實物模擬實驗，實現(xiàn)了上述完整控制過程，完成了對轎車的精確準停。

2　結(jié)語

本文針對以AGV搬運器為基礎(chǔ)的立體車庫的特點設(shè)計了控制管理系統(tǒng)，并同時進行了實物模型制作與實驗驗證。實驗表明：該設(shè)計方案可以有效地控制汽車的準停，實現(xiàn)汽車的安全、自動、準確存取。

圖7　人機交互界面電路圖

圖8控制面板實物圖圖9整體控制過程實物模型

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