CN103879387B - 一种基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明汽车电池坐标标定方法，该标定方法利用的是换电机器人的视觉系统，即在电池的标定过程中，采用了顶部相机、侧部相机与调试控制中心相结合的方法，减少了标定过程中的设备投入，而且其过程完全模拟换电过程，减少了标定的误差，提高了标定的准确性。

Description

一种基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法

技术领域

本发明涉及一种基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法。

背景技术

全自动换电机器人基本结构包括机器人的硬件结构、充当机器人眼睛的视觉系统、对机器人机械手进行控制的PLC控制系统，还包括协调视觉系统及PLC控制系统的主控中心，其中视觉系统包括设置在电动汽车上方用于获取电动汽车图像的顶部照相机、用于获取电动汽车内待换电池图像的侧部照相机，侧部相机是安装在机械手上的。

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，那么汽车电池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成功换电。

在以往的机器人换电过程中，通过视觉系统对汽车内的电池进行拍照所获得电池的位置与电池的实际位置通常会出现偏差，因此如果能够事先知道通过拍照所确定的电池的取放电位置与电池的实际取放电位置之间的差值，在通过偏差实现电池位置的自动标定，将会对机器人的换电有重要指导意义。

与该申请相关的申请有申请号为2013106288395，名称为基于PLC控制的电动汽车自动换电池机构的换电池方法，申请号为201310629488X，名称为一种电动汽车全自动换电池控制系统及方法，申请号为2013106376358，名称为一种电动汽车全自动换电池系统，201320783049X一种电动汽车自动换电池机构的视觉定位系统。

发明内容

为了获取精确的汽车电池坐标，本发明提供一种基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】确定侧部相机的初步拍照位置

1.1】汽车停车后，调试控制中心发送指令至视觉系统，通过顶部相机对汽车顶部区域进行拍照，视觉系统得出汽车的停车位置，然后将该停车位置与固定停车位置作比较得出水平偏移值，反馈至调试控制中心；

根据汽车中电池组的安装高度确定侧部相机的拍照高度，反馈至调试控制中心；

1.2】针对电池组中的任一电池，调试控制中心根据电池组中电池排布位置以及所述水平偏移值和确定的侧部相机的拍照高度计算机械手的待机位(X待、Y待、Z待、θ待)，即侧部相机的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待为计算的待机位坐标，θ待为机械手能够取到电池的偏转角度，只要汽车的停车位置不变，机械手的偏转角度θ待保持不变；

并将此待机位信息发送至PLC控制系统；

1.3】PLC控制系统控制机械手移动至侧部相机的初步拍照位置；

2】确定机械手的待机位坐标

测量侧部相机与该电池之间的垂直距离，反馈至调试控制中心；如果所测的垂直距离与侧部相机的拍照距离不相等，对机械手进行调整，使安装在机械手上的侧部相机与电池之间的垂直距离与侧部相机的拍照距离相等，拍照距离记为S，并将拍照距离S与实际测量距离的差值反馈至调试控制中心，

3】确定电池取电坐标偏差

3.1】侧部相机对换电汽车中的电池进行拍照，调试控制中心计算得到电池组中的任一电池的三维取电坐标(X取、Y取、Z取)，即电池组中的任一电池的计算取电坐标，

3.2】断开调试控制中心与PLC控制系统之间的连接，调整机械手使机械手能够取出电池组中的电池，记录机械手此时的坐标(X′取、Y′取、Z′取)，即该电池的实际取电坐标，

将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池实际取电坐标与计算取电坐标的偏差，从而完成该电池取电坐标偏差的标定；

4】确定电池放电偏差

在实际取电坐标(X′取、Y′取、Z′取)的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓，记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标(X′放、Y′放、Z′放)，即该电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池的实际放电坐标与该电池的实际取电坐标的偏差，从而完成该电池放电偏差的标定；

5】调试控制中心将标定的各偏差值生成参数配置文件。

对相对于机械手成1行分布的四节电池进行标定时，按照电池的排列顺序依次将该四节电池分别命名为1号电池、2号电池、3号电池、4号电池，该四节电池的标定次序为：

1号电池的取电坐标—3号电池的取电坐标-1号电池的放电坐标-2号电池的取电坐标-3号电池的放电坐标-4号电池的取电坐标-2号电池的放电坐标-4号电池的放电坐标。

对四节电池的标定使用两个侧部相机和两个机械手，其中，1号电池和2号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手，3号电池和4号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手，

1号电池和3号电池的标定采用步骤1-4，2号电池的实际取电坐标是基于1号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，2号电池的实际放电坐标是基于2号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，

2号电池的计算取电坐标是在1号电池的实际取电坐标的基础上结合1号电池和2号电池之间的相互位置得出的，

4号电池的实际取电坐标是基于3号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，4号电池的实际放电坐标是基于4号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，

4号电池的计算取电坐标是在3号电池的实际取电坐标的基础上结合4号电池和3号电池之间的相互位置得出的，

电池的取电偏差根据电池的实际取电坐标、计算取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出，

电池的放电偏差根据电池的实际放电坐标、实际取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明汽车电池坐标标定方法，该标定方法利用的是换电机器人的视觉系统，即在电池的标定过程中，采用了顶部相机、侧部相机与调试控制中心相结合的方法，减少了标定过程中的设备投入，而且其过程完全模拟换电过程，减少了标定的误差，提高了标定的准确性。

2、本发明分析结果准确可靠，利于产品产业化，所需人员较少，成本较低。

3、本发明的结果输出可存为配置文件，便于修改。

附图说明

图1为标定时的系统原理图，

图2汽车内电池分布图。

具体实施方式

本发明一种基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法，利用机器人的视觉系统对汽车电池进行标定，其视觉标定系统包括设置在电动汽车上方用于获取电动汽车位置的顶部相机、用于获取电动汽车内待换电池位置的侧部相机，侧部相机是安装在机械手上的。

以下结合附图对本发明做详细说明。

如图2所示，电动车的电池共4节，位置相对固定，换电机器人每个机械手负责取放两节电池，为了获取精确的汽车电池坐标，对于这四节电池的标定，本发明完全模拟换电过程中的换电次序对这四节电池的取放电坐标进行标定，换电次序是：1取—3取-1放-2取-3放-4取-2放-4放。该电池的取放次序充分考虑了承载载荷变化导致电动汽车自重发生变化时，电动汽车和待换电池的位置变化问题，其目的是尽量使电动汽车保持在初始位置。

对这四节电池的标定方法，详见下述：

一、1号电池取电坐标的标定：

1】确定1号电池所对应的机械手上的侧部相机的初步拍照位置，

1.1】汽车停车后，调试控制中心发送指令至视觉系统，通过顶部相机对汽车顶部区域进行拍照，视觉系统得出汽车的停车位置，然后将该停车位置与固定停车位置作比较得出水平偏移值，反馈至调试控制中心；固定位置为汽车的设定停车位置。

根据汽车中电池组的安装高度确定侧部相机的拍照高度，反馈至调试控制中心；

1.2】针对电池组中的任一电池，调试控制中心根据电池组中电池排布位置以及所述水平偏移值和确定的侧部相机的拍照高度计算机械手的待机位(X待、Y待、Z待、θ待)，即侧部相机的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待为计算的待机位坐标，θ待为计算的待机位方位角，并将此待机位信息发送至PLC控制系统，只要汽车的停车位置不变，机械手的偏转角度θ待保持不变；

1.3】PLC控制系统控制机械手移动至侧部相机的初步拍照位置；

2】确定1号电池所对应的机械手的待机位坐标偏差，

测量侧部相机与1号电池之间的垂直距离，反馈至调试控制中心；如果所测的垂直距离与侧部相机的拍照距离不相等，调试控制中心通过PLC控制系统对机械手进行调整，使安装在机械手上的侧部相机与1号电池之间的垂直距离与侧部相机的拍照距离相等，拍照距离记为S，记录此时机械手的坐标(X′待、Y′待、Z′待)，即机械手的实际待机位坐标，并将此坐标信息录入至调试控制中心；调试控制中心将机械手的实际待机位坐标(X′待、Y′待、Z′待)与通过计算所得的机械手的待机位坐标(X待、Y待、Z待)做差，从而完成该1号电池机械手的待机位坐标偏差的标定，

3】确定1号电池取电坐标偏差，

3.1】侧部相机对换电汽车中的电池进行拍照，调试控制中心计算得到该电池在竖直平面的二维坐标，根据所述Y′待及S值计算得出该电池的另外一个坐标，最终取得该电池的三维取电坐标(X取、Y取、Z取)，即1号电池的计算取电坐标；

3.2)断开调试控制中心与PLC控制系统之间的连接，调整机械手使机械手能够取出电池组中的电池，记录机械手此时的坐标(X′取、Y′取、Z′取)，即1号电池的实际取电坐标，

将1号电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算1号电池实际取电坐标与计算取电坐标的偏差，从而完成1号电池取电坐标偏差的标定；调试控制中心将标定的结果生成参数配置文件。

二、3号电池取电偏差的标定，

3号电池取电偏差的标定参照1号电池取电偏差的标定，即参照步骤1-3完成3号电池取电偏差的标定。

三、1号电池放电偏差的标定，

在1号电池实际取电坐标(X′取、Y′取、Z′取)的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓，记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标(X′放、Y′放、Z′放)，即1号电池的实际放电坐标，将1号电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据1号电池的实际放电坐标、1号电池的实际取电坐标的偏差及机械手的待机位的方位角θ待得出，从而完成该电池放电偏差的标定，

四、2号电池取电偏差的标定

在1号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手得出2号电池的实际取电坐标，将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据2号电池的实际取电坐标、2号电池的计算取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出2号电池取电偏差，2号电池的计算取电坐标是根据1号电池的实际取电坐标计算得出的，

五、3号电池的放电偏差的标定

在3号电池实际取电坐标的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓，记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标，即3号电池的实际放电坐标，将3号电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据3号电池的实际放电坐标、3号电池的实际取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出3号电池的放电偏差，从而完成3号电池放电偏差的标定，

六、4号电池的取电偏差的标定

在3号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出4号电池的实际取电坐标，将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据4号电池的实际取电坐标、4号电池的计算取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出4号电池取电偏差，4号电池的计算取电坐标是根据3号电池的实际取电坐标计算的出的。

七、2号电池的放电偏差的坐标

在2号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出2号电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据2号电池的实际放电坐标、2号电池的实际取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出2号电池放电偏差。

八、4号电池的放电偏差的坐标

在4号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出4号电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据4号电池的实际放电坐标、4号电池的实际取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出4号电池放电偏差。

在对同类型的电动车进行换电时，可根据已经获得的参数配置文件，获取汽车电池的位置。

Claims (3)

1.一种基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】确定侧部相机的初步拍照位置

1.1】汽车停车后，调试控制中心发送指令至视觉系统，通过顶部相机对汽车顶部区域进行拍照，视觉系统得出汽车的停车位置，然后将该停车位置与固定停车位置作比较得出水平偏移值，反馈至调试控制中心；

根据汽车中电池组的安装高度确定侧部相机的拍照高度，反馈至调试控制中心；

1.2】针对电池组中的任一电池，调试控制中心根据电池组中电池排布位置以及所述水平偏移值和确定的侧部相机的拍照高度计算机械手的待机位(X待、Y待、Z待、θ待)，即侧部相机的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待为计算的待机位坐标，θ待为机械手能够取到电池的偏转角度，只要汽车的停车位置不变，机械手的偏转角度θ待保持不变；

并将此待机位信息发送至PLC控制系统；

1.3】PLC控制系统控制机械手移动至侧部相机的初步拍照位置；

2】确定机械手的待机位坐标

测量侧部相机与该电池之间的垂直距离，反馈至调试控制中心；如果所测的垂直距离与侧部相机的拍照距离不相等，对机械手进行调整，使安装在机械手上的侧部相机与电池之间的垂直距离与侧部相机的拍照距离相等，拍照距离记为S，并将拍照距离S与实际测量距离的差值反馈至调试控制中心，

3】确定电池取电坐标偏差

3.1】侧部相机对换电汽车中的电池进行拍照，调试控制中心计算得到电池组中的任一电池的三维取电坐标(X取、Y取、Z取)，即电池组中的任一电池的计算取电坐标，

3.2】断开调试控制中心与PLC控制系统之间的连接，调整机械手使机械手能够取出电池组中的电池，记录机械手此时的坐标(X′取、Y′取、Z′取)，即该电池的实际取电坐标，

将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池实际取电坐标与计算取电坐标的偏差，从而完成该电池取电坐标偏差的标定；

4】确定电池放电偏差

在实际取电坐标(X′取、Y′取、Z′取)的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓，记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标(X′放、Y′放、Z′放)，即该电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池的实际放电坐标与该电池的实际取电坐标的偏差，从而完成该电池放电偏差的标定；

5】调试控制中心将标定的各偏差值生成参数配置文件。

2.根据权利要求1所述的基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

对相对于机械手成1行分布的四节电池进行标定时，按照电池的排列顺序依次将该四节电池分别命名为1号电池、2号电池、3号电池、4号电池，该四节电池的标定次序为：

1号电池的取电坐标—3号电池的取电坐标-1号电池的放电坐标-2号电池的取电坐标-3号电池的放电坐标-4号电池的取电坐标-2号电池的放电坐标-4号电池的放电坐标。

3.根据权利要求2所述的基于全自动换电机器人的汽车电池坐标标定方法，其特征在于：

对四节电池的标定使用两个侧部相机和两个机械手，其中，1号电池和2号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手，3号电池和4号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手，

1号电池和3号电池的标定采用步骤1-4，2号电池的实际取电坐标是基于1号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，2号电池的实际放电坐标是基于2号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，

2号电池的计算取电坐标是在1号电池的实际取电坐标的基础上结合1号电池和2号电池之间的相互位置得出的，

4号电池的实际取电坐标是基于3号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，4号电池的实际放电坐标是基于4号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，

4号电池的计算取电坐标是在3号电池的实际取电坐标的基础上结合4号电池和3号电池之间的相互位置得出的，

电池的取电偏差根据电池的实际取电坐标、计算取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出，

电池的放电偏差根据电池的实际放电坐标、实际取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出。