基于人工智能的全自动共享挪车机器人

杨子奕 付洪亮 窦文韬 徐颖 李曙萌

摘 要：城市停车车位日趋紧张，高效利用空间的全自动停车场成为解决车位紧张的有效手段之一，并且越来越受欢迎。但受限于停车场布局规划的固定性，其灵活性不高，不适用普通车位紧张的小空间。大型停车场的全自动挪车器依托场地基础设施，实现车辆的自动挪移，对基础设施的依赖性大，其在停车场的推广和应用中受到很大限制。基于此，本文提出一种应用在任何停车空间中的共享式自动识别挪车机器人，采用简便可移动的挪车装置设计和独立的运行系统，网络共享实现挪车任务。全自动共享挪车机器人使用方便，有效实现行车道或停车场车辆的挪移，提升停车空间利用效率。

关键词：道路及铁道工程；自动挪车；交通管理；感应控制

Abstract：The city parking space is becoming increasingly tight.The fully automatic parking lot with efficient use of space has become one of the effective means to solve the shortage of parking space，and is becoming more and more popular.But limited by the fixed layout planning of the parking lot，its flexibility is not high，not suitable for ordinary parking space tight small space.The fully automatic car scooters in large parking lots rely on the site infrastructure to realize the automatic movement of vehicles，which is highly dependent on the infrastructure，so their promotion and application in parking lots are greatly restricted.Based on this，this paper proposes a shared automatic recognition of car moving robot applied in any parking space，which adopts simple and portable car moving device design and independent operation system，and realizes the task of car moving through network sharing.The automatic carsharing robot is easy to use，effectively realizing the moving of vehicles in the lane or parking lot，and improving the utilization efficiency of parking space.

Keywords：Road and railway engineering；Automatic moving car；Traffic management；Induction control

在我国，随着机动车的保有量持续增加，在方便了人们交通出行的同时，我们的交通环境也出现了一定的问题，车辆事故的发生率逐年增加，机动车停放面积逐年减少。起初，社会上采用增加交通供给的方式来缓解这一现象，这种做法在早期颇有成效，但是随着我国机动车保有量的增长，此方法逐漸变得捉襟见肘。

早些年间，国外学者Anthony Downs就以提出著名的当斯定律来解释这一方法所可能产生的问题。根据当斯定律我们可以得知“在政府对城市交通不进行有效管制和控制的情况下，新建的道路设施会诱发新的交通量，而交通需求总是倾向于超过交通供给”，因此在目前，修建交通设施方面已经基本处于饱和状态，进行交通管理和采取有效的交通手段缓解交通事故对于交通运行的影响就显得尤为重要。

1 研究背景

目前，在城市道路的各项交通管理中，基本重点都在于城市相关交通的动态规划、城市交通的控制，以及城市道路的疏导等方面，往往会疏于对静态交通的规划与管理。根据现有数据统计显示，在大多数城市中，每辆汽车的平均年行驶时间不足500个小时，剩余的时间通常都是处于一个静止状态，在我国“停车难”基本已经成为大多数大中城市的通病，也成为城市发展的一个制约因素。首先，随着经济发展，机动车保有量的大幅增长，远远超过了城市在建设初期所规划的停车位数量。其次，停车场的空间利用率低也是一个非常严重的问题，由于驾驶员自身存在差异，驾驶技术上下不一。如何提升停车质量的和提高停车位的使用面积是目前城市停车问题面临的一大难题。由于城市用地面积有限，建设停车场不能无休止地进行，因此，改善停车质量，充分利用有限的停车空间，成为解决城市停车问题的关键瓶颈。

2 研究意义

交通的发展与现在的智能网联是密不可分的，通过交通各类因素与物联网结合，可以将以往交通的人、车、路、环境等分散的交通要素结合成一个有机整体，形成一个个物联网中的智能节点，将交通活动中的各类信息要素按照需求进行快速、准确的传递。

交通与物联网的结合，现在的重点虽然在于各类动态交通流的规划中，但静态交通同样可以与物联网相结合，提升静态交通的管理能力，优化静态交通的服务水平。

3 系统框架

本产品基于智能制造技术，采用智能识别、定位、目标追踪技术，走在2025中国“智”造前沿；5G的全面启动，整个社会正在向“万物互联”的方向发展。物联网技术也将迎来前所未有的历史机遇，我们抓住这一新的发展趋势，利用oneNet中国移动物联网开放平台，平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件提供完善的物联网解决方案，实现产品与互联网沟通连接；现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，系统框架如图1所示。

车辆接触点感应模块。车辆接触点感应模块主要分为车辆上的信号发生器和设备上的接收器。此系统主要应用感应限位开关等元件，在限位开关处于上方时信号灯亮为红色，将信号发生器放置到車辆应有的位置上，设备上的接收器将所发出信号进行接收，当已经对准时，双方结合一起，限位开关下限位开启，接收器信号灯红灯断开，绿灯连通，反应已经完美接触。

视频检测显示模块。视频检测显示模块主要反映车辆底部的损坏已经达到无法可视的隐患情况，防止出现因为车辆本身原因导致的受力点选择错误，出现二次损坏。

信号感应控制模块。信号感应控制模块主要用于人工进行的信号发出、控制设备的移动、传动装置的升降和视频检测的方向等，对设备发出指令进行控制。

信号执行模块。信号执行模块位于设备本身，负责对信号控制模块发出的信号指令进行分辨，执行信号控制模块的指令。

电机启动模块。电机启动模块设置位于设备旁，负责对设备的升降模块进行供电，保证设备的正常运转。在传动装置的选择上面，我们选用了螺纹电机，再锁定螺纹电机的横向转动后，利用其螺纹完成高度的升降。

电机升降高度控制模块。电机升降高度控制模块用限位开关连接信号灯的方式来直观展现出高度是否合适，用信号灯的多次转变来完成高度的抬升。

4 数据采集系统

4.1 车辆结合点位置采集

我们采用相应形状符合可以镶嵌的契合装置，一端可以位于车辆的受力点，一端位于传动装置的末端，可以在对车辆受力点进行搜索时完美契合，防止出现受力点斜出导致车辆不平衡情况。

4.2 车辆底部情况数据采集

我们采用视频检测器，将设想端置于设备的底部伸出端，将所拍摄的视频传输到操作者的移动端，方便操作者清楚地观察车辆底部的实际情况，做出适合的判断。

5 信号控制机

采用stm32单片机作为控制系统；在产品研究后期会采用PLC、系统化单片机作为控制系统；OneNET中国移动物联网开放平台，即在物联网应用和真实设备之间搭建高效、稳定、安全的应用平台。平台能够帮助使用者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品使用部署。

控制电路方面，我们利用红外线进行信号的发送和接收，红外遥控装置是由一个发射装置和一个接收装置组成的，发射和接收装置应用一套编码原理，在信号的传输过程中传输的只是红外光束信号的强弱变化。在发射端，根据发射原理，将信号转换成不同强弱的红外光束，然后通过发光二极管将不同强弱的红外光束发射出去；而在接收端，同样也是根据同一协议里面的解码原理，对不同强弱的红外光束进行相应的解码。发射端是由一个51系列单片机、一个红外发射管和四个物理按键组成。在接收端是由一个51系列单片机、一个红外接收管和四个LED发光二极管组成。

6 电机启动与升降控制模块

电机启动采取电池供电和电源线供电两种方式，在对于升降装置的选用上，采用了正反转式螺纹电机，并且在螺纹电机内部防止上下两个限位开关，使上限位开关与电机的正转和绿灯相结合，下限位开关与电机的反转和红灯相结合，实现电机的升降可控与高度的可视化处理。

7 经济可行性分析

目前，在大型基础设施中，人车矛盾愈演愈烈，挪车需求进一步扩大，本产品能够以现有的stm32单片机和OneNET中国移动物联网开放平台为基础，利用现有的电机、千斤顶及红外遥控装置等设备，无须另外购置硬件设备，除去算法开发、软件编程等开支，建设成本较低，可行性高。

8 技术可行性分析

本项目挪车器底部的轮子可以挪动特定车辆，该设计方式既有利于电机带动千斤顶工作，而且能进行拖车，从挪车器的整体结构来看，其结构并不复杂。当出现挪车需求时挪车器的视频检测模板和接触点感应模板先进行工作，然后电机运作，升降机构中间采用双向丝杆设计，通过电机的正反转来实现其升降，该装置具有的创新优势总结如下：

（1）升降机構设计有限位功能，当升起到指定高度时，触发限位开关，电源断电。当下降到一定位置时，同样会触发限位开关，电源断电。这样不会接触升降机构的极限位而导致机构的损坏，起到保护的作用。

（2）升降机构全部采用电机驱动升降，不用消耗人力操作，使用起来更省力，更方便，在升降高度上更具有精确性，防止出现车辆倾斜等危险状况。

（3）本项目挪车器实现了人工智能化挪车，将人工的挪车行为转化为机械智能化的人工智能行为，为未来自动挪车器的发展提供了新思路。

（4）单个升降机构可以单独连接控制器使用，使用方式更灵活，使用场合更多样，更可适用于车辆应急更换轮子或临时检修等一系列紧急情况。

（5）小型汽车整体升降挪车装置体积不大，且一个人便可以操作，对于居民外出较远或是道路管理等场合使用较多，在一定程度上解决了挪车难的问题。

综上所述，结合现代科技发展情况，本产品所需要的视频检测技术、信号感应技术均已成熟，将其运用到电动挪车领域均可行。

9 总结

本文设计的是一个可以被应用在小空间停车场、多种道路路段中，不需要基础设施支撑，可以挪走无驾驶员或损坏的车辆让出生命通道，也可以缩小停放车辆之间的间距，大大节省车位空间的挪车机器人。在现代社会用地资源日趋紧张的情况下，本挪车机器人可以更好地增加停车场地的使用空间，也可以更方便、快捷地移动受损、干扰路况的车辆，减少交通延误，增加道路的通行能力，但目前研究仍存在几个方面的问题。首先是受力点分析选择和材料选择方向的问题，如何选择有承受能力的材料，并且选择最适合材料的受力点，这个问题仍有待攻克，同时挪车器要保持自己先进行，在保持先进行的同时，还要适合国家的法律法规，遵从国家的交通规划，相关方面仍需有待下一步的研究，并且要进行更多的实地试验，进一步提高装置的实用性和适用性。

10 展望

近年来，中国制造业整体的转型升级，智能制造加速发展，不少细分领域都孕育着新机遇，如智能制造五大关键技术的识别技术和实时定位系统、信息物理融合系统、系统协同技术等。这些关键技术的发展成果都为本项目的后续研究奠定了坚实的基础。因此，本项目的未来前景非常乐观，并且已经初步拥有相关的技术基础。放眼前景，一个好的、完善的智能交通服务系统应该不仅仅是注重于解决一个或几个狭隘的问题，更应考虑交通4E的各个方面，为更多的道路问题和国家交通政策提供相应的解决方案，更好地提供个性化的服务，在未来的交通管理中发挥自己的独特作用。

参考文献：

［1］司亚军.基于物联网技术的智能停车管理系统探讨［D］.内蒙古师范大学，2013.

［2］王强.智能停车管理系统的设计与实现［D］.北京交通大学，2016.

［3］高俊亚.基于Android的智能停车诱导系统设计与实现［D］.南京邮电大学，2017.

作者简介：杨子奕（2000— ），男，山东青岛人，学士，研究方向：交通工程。