CN103879386A - 一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，先标定少量电池仓的取电坐标与放电坐标，然后根据已经标定的电池的坐标信息求出电池间的相对位置关系，在此过程中也求出了电池的取电坐标与放电坐标的差值,这样便可根据已标定的电池仓的取电坐标或放电坐标，求出所有电池仓的取放电坐标，不但标定结果准确而且标定过程快速简便。

Description

一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法

技术领域

本发明涉及一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法。

背景技术

全自动换电机器人是电动汽车充换电站的核心技术，能够实现将电动汽车内耗尽的电池组准确取出来放入空电池箱，用电池箱内已充满电的电池组替代，那么电池箱在机器人坐标系下位置坐标的准确性，决定了换电机器人是否能够准确取放电池箱中的电池，是机器人成功换电的重要一步。

发明内容

为解决电池箱在机器人坐标系下位置坐标的准确性问题，本发明提供一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）确定选定电池仓

从M×N的电池仓阵列中选择至少三个电池仓，其中至少有两个电池仓不同行，至少有两个电池仓不同列，并将电池箱的布局信息及所选定的电池仓所在的行号及列号录入调试控制中心，

2）对所选定的电池仓进行坐标标定

2.1）调整机械手的方位角使机械手正对所要标定的电池箱；

2.2）移动机械手至所选择的其中一个电池仓，调整机械手使机械手能够取出电池仓中的电池，记录此时机械手的坐标（x,y,z），即该电池仓的取电坐标，录入调试控制中心；

再次调整机械手，使机械手能够将取出的电池放进电池仓，记录此时机械手的坐标（x′,y′,z′），即该电池仓的放电坐标，录入调试控制中心，从而完成该电池仓的标定；

2.3）按照步骤2.2）的方法对所选定的其它电池仓分别进行标定；

3）将所选定的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，根据已标定的电池仓的坐标信息结合电池箱的布局信息求出基准电池仓的坐标及电池仓之间的相对位置关系；

4）调试控制中心将所得出的基准电池仓的坐标信息及电池仓之间的相对位置关系生成参数配置文件，从而完成整个电池箱的标定。

为了提高电池标定的准确性，对所选定的电池仓进行标定时，多次重复步骤2），对多次求取的同个电池仓的多个取电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标，对多次求取的电池仓的多个放电坐标取均值，即该电池仓的最终放电坐标，

根据已经标定的电池仓的最终坐标值，求出电池仓之间的相对位置关系。

基于对以上方案的改进，本发明选定电池仓及根据所选定电池仓求出电池仓之间的相对位置关系时，可以有以下两种方式，这两种方式可以提高整个电池箱中其余电池仓标定的准确性。

第一种方式是：

在步骤1）选择电池仓时，先从M×N的电池仓阵列中确定一个最大的正方形电池仓阵列，所选择的电池仓中有三个位于该正方形电池仓阵列的3个顶角。

基于这种电池仓选定方式，上述步骤3）具体为：

3.1）确定基准电池仓的基准坐标（x0,y0,z0）

将位于3个顶角的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标x0；

求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的Z轴取电坐标或Z轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标z0；

求取基准电池仓及与基准电池仓同列的顶角电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标y0；

3.2）确定电池仓间的相对位置关系

A）求取位于不同行的两个顶角电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值δLow；

B）求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值δCol；

C）根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差δZ；

D）求取位于对角线上的两个顶角电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。

第二种方式是：

在步骤1）选择电池仓时，其中有两个电池仓分别位于1行1列和1行N列，第三个电池仓位于M行M列或N行N列，当M小于等N时，第三个电池仓选择位于M行M列的电池仓，当M大于等N时，第三个电池仓选择位于N行N列的电池仓。

基于这种电池仓选定方式，上述步骤3）具体为：

3.1）确定基准电池仓的基准坐标（x0,y0,z0）

将位于1行1列的电池仓作为基准电池仓，求取位于1行1列和1行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标x0；

求取位于1行1列和1行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标z0；

将1行1列的电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标作为基准坐标y0；

3.2）确定电池仓间的相对位置关系

A）求取位于不同行的两个电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值δLow；

B）求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值δCol；

C）根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差δZ；

D）求取位于1行1列和M行M列的电池仓或位于1行1列和N行N列的电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明提供一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，在整个电池箱的标定过程中，考虑了同一电池仓在取放电池时的坐标差异，对于一个电池仓，即标定了取电坐标，又标定了放电坐标，标定结果准确。

2、本发明的标定方法先标定少量电池仓的取电坐标与放电坐标，然后根据已经标定的电池的坐标信息求出电池间的相对位置关系，在此过程中也求出了电池的取电坐标与放电坐标的差值,这样便可根据已标定的电池仓的取电坐标或放电坐标，求出所有电池仓的取放电坐标，不但标定结果准确而且标定过程快速简便。

3、本发明的标定方法，调试控制中心将标定的结果生成参数配置文件，方便读取。

4、本发明的标定方法，标定完成后，任选一个电池仓，调试控制中心根据标定所生成的参数配置文件计算出该电池仓的取电坐标和放电坐标，通过将机械手移动至计算的取电坐标或放电坐标处，便可验证电池箱标定的正确性。

附图说明

图1电池箱内电池仓分布图。

图2为电池箱的坐标示意图。

具体实施方式

以下结合附图1、附图2对电池箱的标定的一种方式做详细说明。

如图1所示，电池箱内包括20个电池仓，20个电池仓呈4行5列的阵列进行分布，对这20个电池仓进行的标定，按照以下步骤进行：

1）将电池箱内1号仓、5号仓、19号仓作为选定电池仓；

2）调整机械手的方位角使机械手正对所要标定的电池箱；方位角为机械手的偏转角度，即机械手在电池箱处取放电池正对电池平面时的角度，保证机械手的换电机构与电池平面平行，以便顺利取出电池；

3）选择1号电池仓作为基准电池仓。移动换电机构至1号仓，调整机械手的坐标使机械手能够取出1号仓中的电池，记录此时机械手的坐标（x,y,z），即该1号仓的取电坐标，录入调试控制中心；

再次调整机械手的坐标，使机械手能够将取出的电池放进电池仓，记录此时机械手的坐标（x′,y′,z′），即该电池仓的放电坐标，录入调试控制中心；

4）按照步骤3】的方法对5号仓、19号仓进行标定；

为了提高标定的准确性，可重复步骤3），调试控制中心对多次求取的同个电池仓的多个取电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标，对多次求取的电池仓的多个放电坐标取均值，即该电池仓的最终放电坐标，

确定1号仓为基准电池仓，调试控制中心计算1号仓和5号仓X轴取电坐标或X轴放电坐标的列平均值，并将其作为基准坐x0；求取1号仓和5号仓的Z轴取电坐标的平均值或Z轴放电坐标的平均值，将其作为基准坐标z0；

1号仓Y轴取电坐标或Y轴放电坐标，即为y0；则基准电池仓1号仓的基准坐标（x0,y0,z0）得以确定；

B）根据5号仓和19号仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，求取相邻两行电池仓间的固定偏差值δLow；

C）根据1号仓和5号仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，求取相邻两列电池仓间的固定偏差值δCol；

D）根据1号仓、5号仓、19号仓同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差δZ；

E）根据电池箱平面对角线两端的电池仓即1号仓和19号仓的X轴取电坐标的差值的行平均值或X轴放电坐标的差值的行平均值，求取电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。

调试控制中心将计算出的基准仓的坐标及电池仓之间的相对位置关系生成参数配置文件，从而完成整个电池箱的标定。

在后续使用中，可根据参数配置文件求取所有电池仓的坐标，比如计算的基准电池仓1号仓的基准放电坐标为（X0、Y0、Z0），则8号仓(2行3列)放电坐标为X8=X0+Kx*(2-1),Y8=Y0+δCol*(3-1),Z8=Z0+δLow*(2-1)；8号仓(2行3列)取电坐标为X8=X0+Kx*(2-1),Y8=Y0+δCol*(3-1),Z8=Z0+δLow*(2-1)+δZ。

Claims (6)

1.一种基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）确定选定电池仓

从M×N的电池仓阵列中选择至少三个电池仓，其中至少有两个电池仓不同行，至少有两个电池仓不同列；

2）对所选定的电池仓进行坐标标定

2.1）调整机械手的方位角使机械手正对所要标定的电池箱；

2.2）移动机械手至所选择的其中一个电池仓，调整机械手使机械手能够取出电池仓中的电池，记录此时机械手的坐标（x,y,z），即该电池仓的取电坐标，录入调试控制中心；

再次调整机械手，使机械手能够将取出的电池放进电池仓，记录此时机械手的坐标（x′,y′,z′），即该电池仓的放电坐标，录入调试控制中心，从而完成该电池仓的标定；

2.3）按照步骤2.2）的方法对所选定的其它电池仓分别进行标定；

3）将所选定的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，根据已标定的电池仓的坐标信息结合电池箱的布局信息求出基准电池仓的基准坐标及电池仓之间的相对位置关系；

4）调试控制中心将所得出的基准电池仓的坐标信息及电池仓之间的相对位置关系生成参数配置文件，从而完成整个电池箱的标定。

2.根据权利要求1所述的基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，其特征在于：

对所选定的电池仓进行标定时，多次重复步骤2），对多次求取的同个电池仓的多个取电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标，对多次求取的电池仓的多个放电坐标取均值，即该电池仓的最终放电坐标，

根据已经标定的电池仓的最终坐标值，求出电池仓之间的相对位置关系。

3.根据权利要求1或2所述的基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，其特征在于：

在步骤1）选择电池仓时，先从M×N的电池仓阵列中确定一个最大的正方形电池仓阵列，所选择的电池仓中有三个位于该正方形电池仓阵列的3个顶角。

4.根据权利要求3所述的基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，其特征在于：

所述步骤3）具体为：

3.1）确定基准电池仓的基准坐标（x0,y0,z0）

将位于3个顶角的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标x0；

求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的Z轴取电坐标或Z轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标z0；

求取基准电池仓及与基准电池仓同列的顶角电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标y0；

3.2）确定电池仓间的相对位置关系

A）求取位于不同行的两个顶角电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值δLow；

B）求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值δCol；

C）根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差δZ；

D）求取位于对角线上的两个顶角电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。

5.根据权利要求1或2所述的基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，其特征在于：

在步骤1）选择电池仓时，其中有两个电池仓分别位于1行1列和1行N列，第三个电池仓位于M行M列或N行N列，当M小于等N时，第三个电池仓选择位于M行M列的电池仓，当M大于等N时，第三个电池仓选择位于N行N列的电池仓。

6.根据权利要求5所述的基于全自动换电机器人的电池箱标定方法，其特征在于：

所述步骤3）具体为：

3.1）确定基准电池仓的基准坐标（x0,y0,z0）

将位于1行1列的电池仓作为基准电池仓，求取位于1行1列和1行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标x0；

求取位于1行1列和1行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标z0；

将1行1列的电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标作为基准坐标y0；

3.2）确定电池仓间的相对位置关系

A）求取位于不同行的两个电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值δLow；

B）求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值δCol；

C）根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差δZ；

D）求取位于1行1列和M行M列的电池仓或位于1行1列和N行N列的电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。

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