智能升降机在 AGV 智能车库系统的应用研究

摘要：介绍了 AGV 智能车库，叙述了双臂升降机的结构组成、技术参数、安全设计等内容, 对有关部件进行了分析计算。实际应用表明，双臂升降机提升速度快，故障率低，建造成本低，安全系数高，提高了 AGV 智能车库系统的存取车效率，降低了 AGV 车库系统的整体建造成本，是 AGV 智能车库规划设计中升降机系统的优选方案。Abstract: The paper introduces AGV intelligent garage, describes the composition, technical parameters and safety design of double-arm lift, and analyzes related components. The practical application shows that the double-arm lift, with the advantages of quick lifting, low failure rate, low construction cost and high security, improves the vehicle storage and retrieval ef?ciency of AGV intelligent garage system and lowers its overall construction cost. Therefore, double-arm lift is the optimal solution for the planning and design of AGV intelligent garage.

关键词：AGV 智能车库；升降机类型；钢丝绳；双臂升降机

Keywords: AGV intelligent garage; lift type; wire rope; double-arm lift

0引言

随着我国经济社会持续快速发展，我国居民机动车保有量迅速增加。根据公安部交通管理局数据显示，截至 2017 年 6 月底，全国机动车保有量达 3.04 亿辆，汽车保有量达 2.05 亿辆。汽车保有量快速增长的同时， 汽车的停车位增长却未能与之同步，汽车的停车位与汽

车数量的比例产生严重失调，由此带来停车难及到处违章停车等一系列的问题 [1]。因此，充分利用空间资源的立体车库技术得到迅速发展 [2]，从最开始的简易升降类、升降横移类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类发展到全自动化的平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类等车库类型 [3]。现有全自动化立体停车库的搬运类型主要分为车台板式、梳齿式、夹持轮胎式，但由于都需要铺设行走轨道及连接供电电缆，且搬运器只能实现前进或后退行走，搬运效率较低，故障率较高，技术的瓶颈使其难以实现立体停车库的高效率、高自动化、高智能化的存取车。

未来，随着城市土地资源的进一步紧缺，汽车数量的进一步增长，大密度立体停车库是未来建设的主流形式，同时人们对停车体验的要求也越来越极致，这就要求新一代的立体车库要具有非常高的运行效率和智能化程度。因此能够实现自由行径路径、高效率、高智能化、高柔性化的 AGV 智能车库是停车库的必然发展方向。

1AGV 智能车库

1.1AGV 智能车库系统优势

AGV 智能车库系统是新一代停车技术，具备其他停车系统所不具备的柔性优势，摆脱了轨道和线缆，可以适应复杂的车位布局，车位布置灵活；AGV 智能停车系统也是唯一能用于增量改造现有停车场的解决方案，因为不需要人开入车库，这样每个车位宽度可以从2.5 m 减少至 2.3 m，并充分利用多余的过道和边角狭小空间来用于停车，为现场停车场增加至少 40% 以上停车位。自由的机器人在大平面行走，相比传统的停车设备更加安全可靠，其维护性、适应性、稳定性和安全系数都更高。停车时只要把车停在宽敞的停车平台上，系统确认停车后即可离开，无需进入车库之内。在机器人“工作”期间，停车场也无需工作人员，实现真正意义上的“无人停车”。

1.2 AGV 智能车库类型

现有的 AGV 智能车库主要有三种形式：夹持轮胎AGV 智能车库、梳齿型 AGV 智能车库和台板型 AGV 智能车库 , 目前国内投入实际应用的 AGV 智能车库主要为后两种。

1.2.1 夹持轮胎 AGV 智能车库

夹持轮胎 AGV 智能车库以德国的 RAY 为代表， 是 AGV 能直接钻入车辆下面，利用夹持装置将车辆轮胎夹起，把汽车送到停车位上。与梳齿型相比，它具有结构简单、安装方便快捷等优点，但存取车速度相比梳齿型的慢，且对巷道宽度和车位宽度要求大，相比与其他两类 AGV 车库，空间利用率较低，目前在国内该种形式的智能车库尚未获得应用。

1.2.2 梳齿型 AGV 智能车库

梳齿型 AGV 智能车库主要由梳齿型 AGV、 充电装置、升降机、库位梳架、电控系统及车库管理系统等几大模块组成。

梳齿型停车 AGV 可全方位运动，实现前进、后退、转弯、自旋、平移、差速行走，并且快速的直线运动的同时能够进行旋转运动，更快、更有效地完成移动命令。能够自动判断通道错车，调整移动速度及转向时间，让多台 AGV 同时运作实现最优化管理，缩短单个车辆存取时间，提高了搬运效率。南京夫子庙地铁口旁的机器人停车库就是采用了梳齿型 AGV 的技术。新加坡的AGV 智能车库也设计为梳齿型 AGV 技术。

1.2.3 台板型 AGV 智能车库

台板型 AGV 智能车库主要由台板型 AGV、充电装置、升降机、车台板、摞板机、电控系统及车库管理系统等几大模块组成。

台板型 AGV 可以实现前进、后退、转弯、自旋、平移、差速行走，360 度旋转等自主行径路线。身小力气大，可以横向或纵向灵活钻入台板底部进行举升运输， 把汽车和车台板一同运载到指定停车位置上，如图 1、图 2 所示。汽车停放好之后，AGV 要去抬另一个车台板， 以便停放下一辆汽车。每个停车位需配备一个车台板， 空的车台板需与摞板机配套使用。车辆存取时平稳、快速、精准，且噪音较小，安全等级高。

1.3 AGV 智能车库停、取车流程

1.3.1 停车流程

1） 车辆入库，按指引驶至停车位置；

2） 自动扫描车辆尺寸，确认停车；

3） 升降机交接，将车辆提升 / 降至指定存车层， 同时 AGV 停车机器人移动至升降机处；

4） AGV 停车机器人交换，将车辆搬运至指定停车位；

5） AGV 停车机器人将车辆停放在车位上后撤离， 存车完成。

1.3.2 取车流程

1） 车主刷卡取车或手机端远程预约取车；

2） 升降机到达指定存车层；

3） AGV 停车机器人将车辆从车位搬运至升降机上；

4） 升降机将车辆提升 / 降至车库出口；

5） 车库门开启，车主将车辆驶出车库。

2 智能升降机

从 AGV 智能车库的模块组成及存取车的流程可以看出，升降机在 AGV 智能车库系统中起到了不可或缺的作用。

2.1 升降机特点

在机械式停车库建设中，往往会遇到因场地狭小无法采用自走式坡道的情况，为了将汽车从车库出入口搬运到不同停车层面中存取车辆，就需要采用垂直升降的升降机。这样可以代替汽车进出车库的斜坡道，大大节省空间，提高车库利用率。升降机常用于地下、屋顶机械式立体停车库。

2.2 升降机类型

2.2.1 升降机按运行方式分类

1） 升降式：只做升、降运动，如图 3 所示；

2） 升降回转式：除做升、降运动外，还能做回转运动，如图 4 所示 [4]。升降回转式在南京夫子庙地铁口旁的机器人停车库中得到应用，用户评价高。

2.2.2 按驱动方式分类

升降机按驱动方式可分为钢丝绳式、齿轮齿条式、液压式、液压钢丝绳混合式、链条式、螺杆式等。

3 双臂升降机

双臂升降机作为平面移动类与巷道堆垛类立体车库中应用最广泛的智能升降机之一，融合了两套出入口停车平台，驱动方式为钢丝绳式，具有提升速度快、运行噪音低、建造成本低等特点。应用于 AGV 智能停车系统中，作为重要的汽车垂直运输工具，相较于其他升降机，能在有限的空间里，同时对两台车辆进行垂直运送， 为用户带来更加高效、合理、节省、便捷的停车体验。

3.1 结构组成

双臂升降机结构如图 5 所示。

1） 机架 机架是升降机的主要承载构件，主要采用方管、矩管、钢板等焊接而成，再用高强度螺栓连接成框架结构，具有较好的强度和刚度。机架底部与土建基础锚固固定，顶部与主机以高强度螺栓连接，承载车辆、AGV、平台、主机、配重及其自重等所有的重量。

2） 停车平台 停车平台既是用户存车取车的平台，又是升降机与 AGV 交接车辆的装置，能双向停车，车辆可直进直出。用户入库将车辆停在平台后，通过停车指令在主机的驱动下，停车平台可将车辆运输至任一停车层，再由 AGV 将车辆搬运至停车位。

3） 主机 主机是升降机的动力装置，以 SEW 减速电机作为主动力源，传动机构采用钢丝绳曳引。通过减速电机的正反转，带动停车平台和配重装置沿着导向轨道升降。

4） 配重装置 配重装置由配重箱体、配重块和导轮组成，通过钢丝绳组件与停车平台相连，配重装置和停车平台对称挂在主机的曳引轮上；其作用是平衡停车平台的重量，在升降机工作中使停车平台与配重装置之间的重量差保持在限额之内，以降低减速电机的驱动扭矩和驱动功率。

5） 平层防坠装置 当平台停在指定楼层时，平层防坠装置启动，将平台在机械上位置锁定，保证系统平层的准确性，同时还可防止防坠平台意外坠落，保证人车安全。

6） 钢丝绳组件 钢丝绳组件由钢丝绳和连接杆组成，是升降机系统的传动部件。钢丝绳两端分别连接平台与配重，在主机驱动下，带动平台和配重做升降运动。相比于其他传动系统，钢丝绳具有传递距离远， 承载安全系数大，运行噪音低，重量轻，成本低，耐磨损易维护等优点。

7） 升降阻挡器 升降机除配有上、下限位开关外，还配有上升阻挡器和下降阻挡器，升降阻挡器是平台升降行程的机械限位装置，防止因控制电路故障导致平台运行到轨道底部或顶部，超出其正常工作位置，避免造成撞底或者冲顶现象，起安全保护作用。

3.2 技术参数

3.3 安全设计

双臂升降机系统具有完善的多级安全保护装置，包括紧急停止开关、电机保护装置、车辆重量限制装置、阻车装置、车辆位置检测装置、平层防坠装置等 11 种安全设计，可以在各种情况下保证升降机系统、操作人员及车辆的安全。

1） 紧急停止开关紧急停止开关与设备的控制回路串联在一起，同时紧急停止信号与PLC 的输入点相连， 在系统接收到紧急停止信号的同时，系统控制回路已经切断，保证系统绝对安全，发生异常情况时能使停车设备立即停止运行。

2） 车辆长、宽、高限制装置 对进入停车平台的车辆进行车长、车宽、车高的检测，超过适停车辆尺寸时，机械不动作并发出 警信息。

3） 车辆重量限制装置 升降机配有称重传感器， 可对车辆进行重量检测，防止超重车辆影响系统的安全性。

4） 阻车装置 沿车的入库方向，在停车平台上设置有高度为 100 mm 的阻车装置，既是对车辆正确停位的限制，又防止车辆入库时发生碰撞 [5]。

5） 车辆位置检测装置 停车平台上设置有位置检测装置，当汽车未停在平台上的正确位置时，停车设备不运行并发出 警信息。

6）升降机运行中车辆异常检测功能 通过升降机上的传感器及升降通道检测传感器，系统会及时发现升降机上所载设备的异常晃动及车门异常打开情况，并立即停止运动，发出 警，确保不发生意外现象。

7） 平层防坠装置 升降机配有平层防坠装置，既保证系统平层的正确性，还可防止平台意外坠落，保证安全。

8） 钢丝绳松、断检测装置 一旦系统检出钢丝绳松弛或断裂，立即启动保护装置，同时发出 警信息。

9） 电机保护装置 设备具有电机内部检测和保护功能，系统可对电机状态进行实时监控，避免因为电机发热到一定程度而导致的电机烧毁或设备停机。

10） 升降阻挡装置 设备配有上升阻挡器和下降阻挡器，防止因控制电路故障导致平台运行到轨道底部或顶部，超出其正常工作位置，避免造成撞底或者冲顶现象。

11） 升降机传动部分设计安全系数＞ 7，充分保障了升降机平稳性及安全性。

3.4 分析计算

3.4.1 升降电机功率计算

双臂升降机融合了两套停车平台，配有两套配重装置，分别由两台主机独立驱动。根据双臂升降机的运动方式和设计要求，可知以下设计参数：

一套平台质量 G 1=5 250 kg， 一套配重质量 G 2=6 550 kg， 载 重 G 3=2 600 kg， 升降 速 度 V=64.9 m/ min=1.08 m/s。

1） 机械传动效率η

减速机效率η1=0.96；滚动轴承效率 η2=0.99；联轴器效率η3=0.99；钢丝绳效率η4=0.95。

η=η1×η2×η3×η4=0.894

2） 最大提升荷载Wmax 平台上无车辆时提升荷载W1=G 2-G 1=1 300 kg

平台满载时提升荷载W2= G 1+G 3-G 2=1 300 kg。故最大提升荷载Wmax=1 300 kg。

3） 最高时速时所需要的功率

P =Wmax·V/1 000η =15.4 kW 为安全起见，选择标准电机功率为 22 kW。

3.1.2 钢丝绳校核

根据行业标准可知，双臂升降机操作方式为准无人方式，即驾驶员将车驶入停车平台，人离开后，升降机才开始运行，要求钢丝绳的安全系数大于 7[6]。

已知停车平台由 12 根钢丝绳曳引，选用的钢丝绳

型号 : φ 13 (6x19S+IWR)，强度 1 770 MPa，最小破断拉力 : Q=106 kN[7]。

根据升降机提升方式可知，钢丝绳最大载荷为平台质量与汽车质量之和。平台质量：M 1=5 250 kg，汽车质量：M 2=2 600 kg， 则最大载荷：F 0=9.8(M 1+M 2)=77

kN，单根钢丝绳所受最大载荷 ：F =F 0/12=6.42 kN ，安全系数S =Q /F =16.5 ＞ 7，满足要求。

4 结语

双臂升降机安全可靠，技术成熟，广泛应用于平面移动类、巷道堆垛类全自动车库；在定州恒泰 AGV 智能车库项目与新加坡 RobinsonTower AGV 智能车库项目已成功应用。实际应用表明，该类型升降机提升速度快，故障率低，建造成本低，安全系数高，极大地提高了 AGV 智能车库系统的存取车效率，降低了 AGV 车库系统的整体建造成本，是 AGV 智能车库规划设计中升降机系统的优选方案。

尽管 AGV 智能车库目前处于应用初期阶段，但随着停车需求的加大，人们对智能停车体验的要求也越来越极致，因此具备非常高的运行效率和智能化、人性化等基本特性的 AGV 智能车库的市场前景被看好，未来也将会吸引更多的企业参与竞争，而双臂升降机就是为这样的 AGV 智能车库提供更大的优势和更好的服务。

参考文献

[1] 苗利军 , 王志伟 , 孟玲琴 . 高效平面移动式立体停车库设计 [J]. 起重运输机械，2014(5):24-28.

[2] 巫世晶，李剑斌，张银龙 .PLC 控制的圆形塔式立体车库控制系统设计 [J]. 起重运输机械，2015(12):36-39.

[3] GB/T 26559—2011 机械式停车设备 分类 [S].

[4] 08J927—2 机械式汽车库建筑构造 [S].

[5] 谢志文，赵磊，钟军 . 浅谈某地下机械立体停车库设计方案要点分析 [J]. 建筑工程技术与设计 ,2014(32):127，128.

[6] GB 17907—2010 机械式停车设备 通用安全要求 [S]. [7] GB 8918—2006 重要用途钢丝绳 [S].