一种全方位汽车调姿平台的制作方法

本发明涉及一种全方位汽车调姿平台。

背景技术：

随着城市地面空间的日益减少，各式各样的立体车库或智能车库给停车位紧张问题带来了一系列解决方案，这些立体车库或智能车库在工作时都需要对汽车进行位置或姿态的调整，以确保汽车能以正确的姿态被准确地安放在对应的车库中，而目前的立体车库或智能车库的泊车大都依赖用户将汽车停在指定的位置，造成用户的泊车难度和泊车成本增加，有些车库采用额外的行走式搬运器来适应汽车的停车位置，这对于搬运器的设计、控制和管理都提出了很高要求。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种全方位汽车调姿平台,能够实现汽车位置和姿态的全方位调整而无须使用额外搬运设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全方位汽车调姿平台，包括载车板、传送带系统和视觉反馈系统，所述载车板的表面包括对称的四个象限，所述传送带系统包括分别布置在所述四个象限中的四组传送带，所述四组传送带的布置关于载车板中心对称，所述四组传送带的运动方向所在的四条直线呈包围载车板中心状，相邻象限的两组传送带以互相错位的角度布置，同一个象限中的一组传送带被同步驱动，四组传送带相互独立工作，所述载车板及所述传送带的尺寸与汽车的尺寸相适应以使汽车在所述载车板上由至少2个不同象限中的传送带承载，所述视觉反馈系统用于捕捉并判断位于所述载车板上的汽车的位置和姿态，并对各个象限中的传送带的运动方向和运动速度进行控制，以完成对汽车位置和/或姿态的调整。

进一步地：

所述载车板为圆形，所述四个象限中的每组传送带包含多条平行排布的传送带。

所述载车板为方形，所述四个象限中的每组传送带包含一条传送带或多条平行排布的传送带。

所述多条平行排布的传送带由一组电机同步驱动。

所述四个象限由经过所述载车板的中心并相互垂直的X轴与Y轴划分，每个象限中布置的传送带与所述X轴呈45度角或其他角度。

每条传送带的宽度为100-250mm。

还包括载车板移动装置，所述载车板移动装置用于移动所述载车板以将汽车移送到指定位置。

一种汽车运输系统，包括至少一个所述全方位汽车调姿平台。

进一步地：

所述汽车运输系统包括多个所述全方位汽车调姿平台，多个所述全方位汽车调姿平台组合在一起而形成具有汽车位置和姿态调整功能的汽车运输线。

所述汽车运输系统还包括传送带运输线路，所述传送带运输线路与所述全方位汽车调姿平台组合在一起而形成具有汽车位置和姿态调整功能的汽车运输线。

本发明的有益效果：

本发明提出一种无须使用额外搬运设备的全方位汽车调姿平台，其中载车板的表面包括相互对称的四个象限，在四个象限中分别采用呈对称布置的传送带系统，同一个象限中的一组传送带被同步驱动，四组传送带相互独立工作，可以产生平行于所述载车板平面内任何方向的驱动力。利用视觉反馈系统，捕捉并判断驶入所述载车板汽车初始位姿，并根据汽车的目标位置、姿态向传送带系统发出控制信息，对平台表面布置的传送带系统及对其运动速度和方向进行控制，就能实现对任意停在平台象限内的汽车位置和姿态进行全方位调整，直至到达理想位置(当该平台应用于车库泊车时，即是为汽车入库做好准备)。本发明无须使用额外搬运设备，使汽车调姿这一操作变得更加简单高效。本发明不但不会增加用户泊车的操作成本，反而减少了对用户泊车准确性的要求。本发明为各种智能车库或立体车库的汽车自动调姿提供了一种方便高效的解决方案，在各类立体车库或智能物流系统中都有广泛的应用前景。

附图说明

图1(a)和图1(b)是本发明一种实施例的使用圆形载车板和45度角传送带系统的全方位汽车调姿平台的俯视结构，及实现汽车平移和旋转的工作原理示意。

图2是本发明一种实施例的智能车库全方位汽车调姿平台的侧视剖面结构示意图。

图3(a)至图3(d)是本发明一种实施例的汽车泊入所述智能车库全方位汽车调姿平台时的几种初始位置以及汽车目标姿态示意图。

图4是通过仿真得到的汽车从静止开始向右平移时的速度与时间关系图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明中所称的四个象限，分布在载车板平面上，其位置分布关系对应于平面直角坐标系中的四个象限。

参阅图1(a)至图3(d)，在一种实施例中，一种全方位汽车调姿平台，包括载车板1、传送带系统2和视觉反馈系统4，所述载车板1的表面包括对称的四个象限，所述传送带系统2包括分别布置在所述四个象限中的四组传送带，所述四组传送带的布置关于载车板1中心对称，所述四组传送带的运动方向所在的四条直线呈包围载车板中心状，相邻象限的两组传送带以互相错位的角度布置，同一个象限中的一组传送带被同步驱动，四组传送带相互独立工作，所述载车板1及所述传送带的尺寸与汽车3的尺寸相适应以使汽车3在所述载车板1上由至少2个不同象限中的传送带承载，所述视觉反馈系统4用于捕捉并判断位于所述载车板1上的汽车3的位置和姿态，根据捕捉的反馈信息和汽车3的目标位置与姿态确定所述传送带系统2所需进行的操作模式，并向传送带系统2发出相应的控制信息，通过对各个象限中的传送带的运动方向A和运动速度进行控制，从而控制各个象限中的传送带提供给汽车3的摩擦力，以产生使汽车3移动的合力B和/或使汽车3旋转的合力矩C，从而完成对汽车3位置和/或姿态的调整。

在优选的实施例中，所述视觉反馈系统4可包括安装在所述载车板上方的摄像机以及相应的处理控制单元如计算机。汽车的初始位姿信息由布置在载车板上方的摄像机实时获取，通过计算机分析其与目标位置之间的位姿调整量，进而做出决策，控制所述四个象限的驱动系统，无需事先录入车型信息。

在优选的实施例中，所述载车板为圆形，所述四个象限中的每组传送带包含多条平行排布的传送带。载车板设计为圆形，则该平台能够接受任意方向的车辆进入，能够实现汽车的360度旋转操作。每个象限内的传送带可以单独控制，沿传送带方向前进或者后退，进而产生沿圆周各个方向的合力，实现车体旋转、左右上下移动，驱动已经停稳的汽车移动到指定位置后由所述载车板移动入库。

在另一种实施例中，所述载车板也可以是方形，所述四个象限中的每组传送带包含一条足够宽的传送带，四个象限的四条传送带围成方形。或者，在方形载车板上也可以类似于圆形载车板的四象限传送带设计，在每个象限内采用多条平行排布的传送带。

在传送带系统中，四个象限中的四组传送带关于载车板中心对称，并且，四组传送带的运动方向所在的四条直线呈包围载车板中心状，而不能呈现从载车板中心向外放射状，因为只有呈包围状的传送带系统才能实现旋转汽车的功能。

在优选的实施例中，载车板本身的形状是具有中心对称特性的形状，以便为传送带系统提供一个对称中心。

在优选的实施例中，由于载车板及四个象限的尺寸与汽车尺寸相适应，只要当汽车四个车轮都位于载车板上时，汽车车轮将始终不会与载车板中心附近的区域接触，因此载车板中心附近的区域可以不布置传送带，从而可以为其他可能的结构或装置提供空间。

在优选的实施例中，所述多条平行排布的传送带由一组电机5同步驱动。

在优选的实施例中，所述四个象限由经过所述载车板的中心并相互垂直的X轴(图1(a)中所示横向箭头方向)与Y轴划分，每个象限中布置的传送带与所述X轴呈45度角或其他角度(如60度、30度等)。

在优选的实施例中，每条传送带的宽度为100-250mm。在每个象限内，单个传送带的宽度是根据被移动物体的底面接触面积来确定的，按照汽车轮胎宽度优选设计，宽度在100-250mm之间。

在优选的实施例中，全方位汽车调姿平台还包括载车板移动装置，所述载车板移动装置用于移动所述载车板以将汽车移送到指定位置。

在另一种实施例中，一种汽车运输系统，包括至少一个所述全方位汽车调姿平台。

在优选的实施例中，使用多个全方位汽车调姿平台进行连接、组合或拼接或者将该平台与普通传送带运输线路相结合，则可形成一个既具有移动汽车能力，又具有就地旋转汽车能力的汽车运输线路或运输网络，可以灵活地实现汽车运输与汽车调姿两种操作。

在一种优选的实施例中，所述汽车运输系统包括多个所述全方位汽车调姿平台，多个所述全方位汽车调姿平台组合在一起而形成具有汽车位置和姿态调整功能的汽车运输线。

在另一种优选的实施例中，所述汽车运输系统还包括传送带运输线路，所述传送带运输线路与所述全方位汽车调姿平台组合在一起而形成具有汽车位置和姿态调整功能的汽车运输线。

以下结合附图进一步描述本发明的具体工作方式。

对于一个以任意位置和姿态停泊在平台上的汽车来说，只需要通过三种操作步骤就能将汽车调整至如图3(d)所示的目标姿态，这三种操作步骤为：横向平移、前后平移和旋转。图1(a)和图1(b)给出了实现汽车的基本平移和旋转操作时各象限传送带的运动方向示意图。虽然只给出右移和逆时针旋转操作的示意图，但左移、前后移动和顺时针旋转操作是基于同理的。

从图1(a)可以看到，在右移的操作下，传送带给汽车提供的摩擦力的合力方向为向右，且合力矩为0，这意味着汽车将从静止状态随传送带向右移动，而同时不会发生旋转，即实现了向右的平移，同理可以实现向左、向前、向后的平移。

从图1(b)可以看到，在逆时针转动的操作下，传送带给汽车提供的摩擦力将形成一个合力矩，而合力为0，这意味着汽车将从静止状态随传送带往逆时针方向转动，而同时汽车质心不会发生移动，即实现了汽车原地旋转，同理可以实现顺时针方向的旋转。

但是，在以上两个操作的分析中，是假设四个象限的传送带都能同时对汽车提供摩擦力的情形，而当汽车的四个车轮并不恰好位于载车板的四个象限时，需要进一步考虑平台的调姿策略。

虽然汽车停泊在平台上的初始状态有众多情形，但是考虑到平台的对称性和平台的尺寸大小，汽车的初始位姿始终是位于有限的几种可控范围内的，参考图3(a)至图3(d)可知，这几种有限的可控情形如下：

1.汽车的四个车轮两两位于相邻的两个象限内。

此时即为图3(a)所示情形。这种情形下，对汽车进行调姿的最简单策略为：首先进行向右平移操作，当汽车右侧的车轮进入右侧两个象限内之后(这将通过载车板上方的视觉反馈系统进行判断)，进行向前平移操作，当汽车中心位于平台中心时，再进行旋转操作，如果像图3(a)一样汽车车头姿态已经无须调整时，则无须旋转操作。假如汽车右侧的车轮进入右侧两个象限之前，试图先对汽车进行向前移动的操作，那么第二象限和第三象限对汽车提供的摩擦力除了产生一个向前的合力之外，还会产生一个顺时针方向的合力矩，因此汽车的运动将既有平移成分，又有旋转成分，对汽车位姿的调整将更加复杂和难以掌控。假如汽车初始状态不是如图3(a)位于第二、第三象限，而是其他的两个相邻象限时，考虑到平台的对称性，其实是同理的。

根据本发明的控制方法，优选地，先控制传送带系统对汽车进行偏差最大的方向的平移操作，再进行偏差较小的方向的平移操作，最后进行旋转操作。

2.汽车的四个车轮两两位于相对的两个象限内。

此时即为图3(b)所示情形。这种情形下，对汽车进行调姿的最简单策略为：首先进行旋转操作，当视觉反馈系统检测判断汽车已经基本旋转到位，即四个车轮分别位于四个象限内时，则再以任意顺序进行前后、左右方向的平移，以完成汽车中心与平台中心的对中。

3.汽车的四个车轮有三个位于不同象限。

此时即为图3(c)所示情形。这种情形下汽车的受力将最为复杂，并且可能没有一种固定策略能直接将汽车调整至目标姿态。但是，这种情形却始终可以先调整到以上两种情形中的一种。以图3(c)为例，如果在初始状态时先进行右移或逆时针旋转操作，则汽车将达到上述情形2的状态，即车轮两两位于第二、第四象限；如果在初始状态时先进行左移或顺时针旋转操作，则汽车将达到上述情形1的状态，即车轮两两位于第二、第三象限。总之，这种情形下，先进行一步操作达到上述情形1或情形2的状态，再使用情形1或情形2的策略进行最终调整。

4.汽车的四个车轮位于四个不同象限。

四个车轮分别位于四个不同象限，这是与如图3(d)所示的目标姿态位置最为接近的状态，可以使用任意顺序进行平移、旋转操作。

可以看到，只要用户将汽车的四个车轮都开上载车板，那么汽车的初始姿态就将会位于上述四种可控的情形下，因此这实际上大大降低了用户的泊车成本，大大提高了使用该平台的便捷性。另外，对于已经能够应对传统停车位的司机来说，也不会把车开到太偏的位置。

最后，对汽车右移这一操作进行动态的受力分析和运动学分析后，可以得到一个汽车加速度与汽车当前速度的方程，由于加速度为速度对时间的导数，因此该方程为一个速度与时间的一阶微分方程。使用相关计算软件解该方程，获得了汽车从静止开始右移这一过程的速度与时间关系图像，如图4所示。

从图4可以看到，对于汽车右移这一过程，初始时汽车加速度最大，速度快速增加，但是随着汽车速度的增加，汽车与传送带之间的相对运动方向发生了变化，导致传送带提供给汽车的滑动摩擦力方向发生变化，导致驱动汽车右移的分力变小，当汽车速度达到传送带速度的(即0.707)时，在这个45度角的传送带系统里，实际上这意味着汽车与传送带向右移动的速度达到一致，汽车与传送带之间的相对运动只剩下前后移动，因此滑动摩擦力的方向也为前后方向，即滑动摩擦力不再具有向右的分量，这个时候汽车加速度为0，汽车保持这个速度向右移动。

因此，运动微分方程的结果与物理分析的结果一致，说明了该系统具有可靠的工作能力，另外，从图4可以看到，汽车从静止到最大速度大概只需要2秒左右的时间，因此平台具有较好的响应速度。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。