CN104973024A - 一种基于视觉定位方法的电动汽车换电系统 - Google Patents

Abstract

一种基于视觉定位方法的电动汽车换电系统。本发明涉及电动汽车换电领域，特指一种基于视觉定位的电动汽车换电方法。该方法由视觉装置实现电动汽车电池及电池舱的快速精确定位，通过中转平台装置和夹具装置完成对电池的取放操作。本专利采用的换电定位方法能够适应电池表面出现污损、外部环境发生变化等情况，对电动汽车电池及空电池舱实现精确定位；能够通过夹具装置保证对电池装取的准确性，降低机器人运动过程中的干涉机会；能够通过中转平台装置有效地提高换电效率和准确性。

Description

一种基于视觉定位方法的电动汽车换电系统

技术领域

本发明涉及电动汽车换电领域，特指一种基于视觉定位方法的电动汽车换电系统。 

背景技术

电动汽车与传统燃油汽车相比具有零排放、低噪声、高能效、运行及维修成本低廉等优点，在清洁、环保、节能等方面占据着明显的优势。电动汽车的动力来源为装载于车体内部的动力蓄电池，当动力电池的电能消耗到一定程度时，就必须对其进行能量补充，以保证电动汽车能够持续循环使用。目前电动汽车重要的能量补给方式之一是电池更换。电池更换指用充满电能的动力电池替换电动汽车上电能已经耗尽的动力电池来完成电能补充。 

电动汽车电池的正常充电时间要远比汽油乘用车加油时间长，因此，为电动汽车提供快速的电池更换服务将是充换电设施的一个重要的营业内容，但由于电动汽车电池组重量大，仅以人工换电的方式无法使电池快速更换业务得到有效的推广。 

因此，目前亟待实现电动汽车充换电过程的自动化，即换电工位可以无需人工干预，通过视觉装置对电动汽车电池进行定位，通过机器人和夹具装置完成对电池的取放动作，实现电动汽车的电池更换流程，不仅可提高换电操作的安全性，缩短换电操作的时间，同时也可大大简化换电服务流程，提高换电站的服务质量。 

发明内容

本发明要解决的问题在于针对电动汽车自动换电的要求，提供一种不向电动汽车投射主动信息来等辅助手段，实现快速精确定位，并能与夹具装置、中转平台等装置配合，精准顺畅地完成系统整个换电动作，同时提高换电流程的效率的换电方法。 

本发明使用如下技术方案来实现： 

通过图像获取设备获得采样的图像，系统能够适应外部条件的变化情况，消除因晴天、阴雨天气，白天、夜晚时段，而造成的环境变化对识别的影响。在换电工位区域无足够光源，无法使视觉传感器正常成像或是成像噪点较多时，需要使用补光设备。补光设备建议使用非红外LED。可使用照射范围5米，视角为130°的非红外补光灯，每个视觉传感器配备一台补光设备。设备应具有良好散热装置，且具备防水与防尘的功能。 

针对不同的实际场地，在不影响车辆换电的前提下，确定识别子系统的安装位置：根据现场情况及相关要求，当车辆停置于指定的3×5米换电工位时，针对不同停止方向，识别系统都可对车辆进行位置识别，并根据已支持车辆的类型和换电方式快速确定电池布置。 

系统能够根据当前车型参数，判断是否有影响识别的非法人员入侵情况，如果有入侵， 则返回异常值，进行清场提示。系统能自动检测出电动汽车在取电池状态下电池所在位置及放电池状态下电池舱所在位置。在定位出图像中电池或电池舱的二维坐标后，计算电动汽车电池或电池舱的三维空间坐标并返回三维坐标及旋转量。 

通过夹具装置进行取放电池的动作。夹具装置采用杭州大清智能有限公司电动汽车充电电池的夹具装置(专利公开号ZL201220044139.2)。为进一步增强系统的可靠性，通过夹具端传感器进行识别正确性确认，确保换取电池过程顺利进行。机器人根据视觉装置返回的三维坐标及旋转量信息，带动夹具装置完成对电动汽车电池舱和电池转换平台电池的装取工作。 

电动汽车换电系统中转平台装置由成一定倾斜角度的底板、与底板垂直的挡板及底板上平均分布的牛眼组成。成一定倾斜角度的底板能够承载电池重量，电池经由机器人及夹具装置运送至平台上方，当电池被放置于中转平台时，电池能够利用自身重量、平台倾斜角度及平台上牛眼的辅助作用移动至平台挡板的固定位置。 

本发明的有益效果在于： 

电动汽车电池视觉定位装置不向汽车投射主动信息进行辅助定位，能够适应外部条件的变化和电池表面出现污损等情况，实现电池和电池舱的精确定位。夹具装置能满足不同型号电动汽车电池的装取要求。通过平台的中转作用能够在电动汽车离场前，快速地完成对电动汽车电池的换电动作，电动汽车无需等待电池经由充电舱的换电流程，节约整个换电过程的时间。由于中转平台的位置始终固定，因此机器人通过中转平台进行取放电池的同时，也完成了位置校准的工作，提高换电过程的精确度。 

附图说明

图1是视觉定位装置布局示意图； 

图2是中转平台装置布局示意图。 

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明的电动汽车换电方法，其具体流程为： 

针对不同的实际场地，在不影响车辆换电的前提下，确定识别子系统的安装位置。如图1所示，确保换电工位落在视场内，要求视角大于90°，安装于离地面25cm处。在视觉定位装置进行标定之后，与自动换电机器人进行标定，以统一坐标系。标定结果作为系统初值，定期对标定误差进行智能化检测与修正，确保标定结果的准确有效性。 

当车辆驶入换电工位后，识别子系统对车辆进行快速采样，并根据校正后的图像计算获 得电动汽车重构深度信息，根据车辆三维重建信息获取车身姿势，并进行位置归一化处理，自动检测出电动汽车在取电池状态下电池所在位置，引导换电系统进行取电池操作。 

夹具装置从汽车电池舱抓取电池时，机器人将夹具装置移汽车电池舱位置。推拉气缸将电池从电动汽车电池舱中抓取出电池舱，收入两侧手臂抱紧部件框架内。上吸气缸抽真空吸住电池，完成抓取动作。由机器人带动夹具装置把电池送到中转平台，中转平台的布局示意图如图2所示。 

自动换电设备将电池取离车身后，视觉定位装置对空电池框进行采样，并确定电池舱的精确位置。机器人根据视觉定位装置返回的电池舱坐标及旋转信息进行放电池操作。 

从中转平台抓取电池，机器人带动夹具装置至电池上方。上吸电池翻板部件吸住电池上部，提升电池。可摆动气缸收回，带动可摆动气缸机械手臂收回夹住电池，机器人带动夹具运动至空电池舱。 

将电池送进汽车电池舱时，机器人把内置电池的机械手臂带至汽车电池舱前。电池自由搁置在两侧机械手臂滚轮上。推拉气缸带动后吸盘把电池从两侧机械手臂的滑道上推进汽车电池舱内，完成放电池动作。 

Claims (5)

1.一种基于视觉定位方法的电动汽车换电系统，其特征在于：该系统通过视觉装置获取定位信息，利用夹具装置及中转平台完成对电动汽车的换电操作。

2.根据权利要求1所述的基于视觉定位方法的电动汽车换电系统换电操作，其特征在于：通过视觉装置采集车辆信息，计算获得电池的定位数据，机器人根据定位数据运动至该定位位置，通过夹具装置从电动汽车中取出电池后，机器人将电池搬运至中转平台的空电池位置，完成取电池过程；通过视觉装置对车辆进行二次采样，计算获得空电池舱的定位数据，机器人运动到中转平台的满电池位置，通过夹具装置从中转平台取电池，机器人根据定位数据将电池搬运获得的空电池舱位置，利用夹具装置将电池送入电动汽车空电池舱内，完成放电池过程。

3.根据权利要求1所述的基于视觉定位方法的电动汽车换电系统视觉装置，其特征在于：装置通过图像获取设备获得采样的图像，能根据当前车型参数，自动检测出电动汽车在取电池状态下电池坐标位置及放电池状态下电池舱坐标位置。

4.根据权利要求1所述的基于视觉定位方法的电动汽车换电系统夹具装置，其特征在于：在图像采集过程中，采用杭州大清智能有限公司电动汽车充电电池夹具装置(专利公开号ZL201220044139.2)。

5.根据权利要求1所述的基于视觉定位方法的电动汽车换电系统中转平台装置，其特征在于：装置由成一定倾斜角度的底板、与底板垂直的挡板及底板上平均分布的牛眼组成，当电池被放置于中转平台时，电池能够利用自身重量、平台倾斜角度及平台上牛眼的辅助作用移动至平台挡板的固定位置。