CN107264486A - 视觉定位换电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换电领域，具体涉及一种视觉定位方法及系统。本发明旨在解决现有的视觉定位系统存在的效率低、精度不佳、普适性差的问题。为此目的，本发明的视觉定位换电方法主要包括：获取所述待换电车辆的第一位置信息；使换电机器人到达目标换电位置的投影位置；在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使所述换电机器人为所述待换电车辆更换储能单元。通过在待换电车辆下方获取待换电车辆第一位置信息的方式，无需进行多次视觉定位便可以使换电机器人到达目标换电位置的投影位置，不仅精简了换电过程中的定位步骤，而且还由于定位步骤的精简而获得了定位精度高和换电效率高的效果。

Description

视觉定位换电方法及系统

技术领域

[0001]本发明涉及换电领域，具体涉及一种视觉定位方法及系统。

背景技术

[0002]随着新能源汽车的迅速推广，如何快速有效地为新能源汽车补能成为各大厂商和 车主关心的问题。以电动汽车为例，为电动汽车更换动力电池是解决上述问题的一种有效 的方法，这种方法由于可以在短时间内为电动汽车更换动力电池，所以备受广大服务商和 车主的推崇。通常更换动力电池由充换电站中的换电小车完成，换电小车通过在换电平台 和动力电池架之间的往复移动实现将处于亏电状态的动力电池卸下以及将处于满电池状 态的动力电池固定在电动汽车的动作。整个换电中，换电小车的定位是实现快速更换动力 电池的关键步骤之一，定位的精度和成功率直接决定换电的效率和服务商的服务质量。

[0003] 公开号为CN 104417382 A的发明专利公开了一种视觉定位系统。具体而言，该视 觉定位系统应用于电动汽车电池更换系统，电动汽车电池更换系统包括上位机和机器人， 视觉定位系统第一视觉传感器、第二视觉传感器和视觉控制主机。其中，第一视觉传感器和 第二视觉传感器分别设置在换电区域的两侧，获取换电区域的图像信息。但是，该方案在获 取换电区域的图像信息时，包括第一视觉传感器和第二视觉传感器先后同时完成采样以获 得电动汽车的第一图像信息—对电动汽车进行三维重建—获得电动汽车的坐标信息->接 收来自上位机的电动汽车的车型信息—检索电动汽车的第一图像信息得到电动汽车的电 池的所在位置—并依据电动汽车的坐标信息获得坐标信息确定电池的位置信息-> 第一视 觉传感器和第二视觉传感器同时获取电动汽车的第二图像信息—依据第二图像信息获取 电动汽车的电池仓的位置信息等多个步骤，最终才能确定电池的位置信息和电池仓位置信 息，定位次数多、定位步骤过于繁琐，容易造成定位精度的下降。进一步地，第一视觉传感器 和第二视觉传感器的视角不小于90°的应用条件，即只有在视角不小于90°的情形下才能获 得电动汽车的第一图像信息，缩小了该系统的普适性。因此，上述定位系统定位存在效率 低、精度不佳、普适性差的问题。

[0004] 相应地，本领域需要一种新的定位方法来解决上述问题。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的视觉定位系统存在的效率 低、精度不佳、普适性差的问题，本发明提供了一种视觉定位换电方法，该方法包括以下步 骤：

[0006] 获取待换电车辆的第一位置信息；

[0007] 使换电机器人到达目标换电位置的投影位置；

[0008] 在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使所述换电机器人为所述待换电 车辆更换储能单元。

[0009] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，“获取待换电车辆的第一位置信息” 的步骤进一步包括：

[0010] 从所述待换电车辆下方获取所述待换电车辆的所述第一位置信息。

[0011] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，“使所述换电机器人为所述待换电 车辆更换储能单元”的步骤进一步包括：

[0012] 使所述换电机器人到达所述目标换电位置；

[0013] 使所述换电机器人为所述待换电车辆更换所述储能单元。

[0014] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，“使所述换电机器人到达所述目标 换电位置”的步骤进一步包括：

[0015] 采用机械定位的方式使所述换电机器人以接近所述目标换电位置的方式移动； [0016]使所述换电机器人到达所述目标换电位置。

[0017] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，在“使所述换电机器人为所述待换 电车辆更换储能单元”的步骤之前，所述方法还包括：

[0018] 验证所述换电机器人是否到达所述投影位置。

[0019] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，“验证所述换电机器人是否到达所 述投影位置”的步骤进一步包括：

[0020] 获取所述换电机器人的第二位置信息；

[0021] 基于所述第一位置信息与所述第二位置信息，计算所述待换电车辆和所述换电机 器人的相对位置信息；

[0022] 在所述相对位置信息不大于设定阈值或处于阈值区间的情形下，判断为所述换电 机器人己到达所述投影位置。

[0023] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，在所述相对位置信息大于所述设定 阈值或不处于所述设定阈值区间的情形下，判断为所述换电机器人未到达所述投影位置。

[0024] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，在所述换电机器人未到达所述投影 位置的情形下，通过使所述换电机器人移动的方式使所述相对位置信息不大于所述设定阈 值或处于所述阈值区间。

[0025] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，“获取待换电机器人的第二位置信 息”的步骤进一步包括：

[0026] 采集含有第二标记点的图像数据；

[0027] 基于所述含有第二标记点的图像数据，获取所述第二位置信息；

[0028] 其中，所述第二标记点设置于所述待换电机器人。

[0029] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，在“获取待换电车辆的第一位置信 息”的步骤之前，所述方法还包括：

[0030] 使所述待换电车辆到达换电平台的设定位置。

[0031] 在上述视觉定位换电方法的优选技术方案中，“获取待换电车辆的第一位置信息” 的步骤进一步包括：

[0032] 采集含有第一标记点的图像数据；

[0033] 基于所述含有第一标记点的图像数据，获取所述第一位置信息；

[0034]其中，所述第一标记点设置于所述待换电车辆。

[0035]本发明还提供了一种视觉定位换电系统，所述系统包括：

[0036] 视觉定位单元，其用于获取待换电车辆的第一位置信息；

[0037] 控制单元，其用于使换电机器人到达目标换电位置的投影位置;以及

[0038] 在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使所述换电机器人为所述待换电 车辆更换储能单元。

[0039] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，所述视觉定位单元设置于换电平台 的下方。

[0040] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，

[0041] 所述控制单元使所述换电机器人到达所述目标换电位置；

[0042] 所述控制单元使所述换电机器人为所述待换电车辆更换所述储能单元。

[0043] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，所述换电系统还包括机械定位单 元，所述机械定位单元用于在所述换电机器人以接近所述目标换电位置的方式移动的情形 下与所述待换电车辆对准连接。

[0044] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，所述系统还包括：

[0045] 判断单元，其用于验证所述换电机器人是否到达所述投影位置。

[0046] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，所述系统还包括计算单元，

[0047] 所述视觉定位单元获取所述换电机器人的第二位置信息；

[0048] 所述计算单元基于所述第一位置信息与所述第二位置信息，计算所述待换电车辆 和所述换电机器人的相对位置信息；

[0049] 所述判断单元在所述相对位置信息不大于设定阈值或处于设定阈值区间的情形 下，判断为所述换电机器人已到达所述投影位置。

[0050] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，所述判断单元在所述相对位置信息 大于所述设定阈值或不处于所述设定阈值区间的情形下，判断为所述换电机器人未到达所 述投影位置。

[0051] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，在所述换电机器人未到达所述投影 位置的情形下，所述控制单元通过使所述换电机器人移动的方式使所述相对位置信息不大 于所述设定阈值或处于所述阈值区间。

[0052] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，所述视觉定位单元又包括视觉采集 子单元和视觉计算子单元，

[0053] 所述视觉采集子单元采集含有第二标记点的图像数据；

[0054] 所述视觉计算子单元基于所述含有第二标记点的图像数据，计算所述第二位置信 息；

[0055] 其中，所述第二标记点设置于所述待换电机器人。

[0056] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，所述系统还包括车辆定位单元，所 述车辆定位单元用于使所述待换电车辆到达换电平台的设定位置。

[0057] 在上述视觉定位换电系统的优选技术方案中，

[0058]所述视觉采集子单元采集含有第一标记点的图像数据；

[0059] 所述视觉计算子单元基于所述含有第一标记点的图像数据，计算所述第一位置信 息；

[0060] 其中，所述第一标记点设置于所述待换电车辆。

[0061] 本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，视觉定位换电方法 包括从待换电车辆下方获取待换电车辆的第一位置信息;使换电机器人到达目标换电位置 的投影位置;在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使换电机器人为待换电车辆 更换储能单元。可以看出，通过在待换电车辆下方获取待换电车辆的第一位置信息的步骤， 可以直接使换电机器人到达目标换电位置的投影位置，进而换电机器人能在该位置直接为 待换电车辆进行更换储能单元。也就是说，与背景技术中的文献相比，本发明方法通过在待 换电车辆下方获取待换电车辆第一位置信息的方式，无需进行多次视觉定位便可以使换电 机器人到达目标换电位置的投影位置，不仅精简了换电过程中的定位步骤，而且还由于定 位步骤的精简而获得了定位精度高和换电效率高的效果。

[0062] 进一步地，本发明的优选技术方案中，在换电机器人为待换电车辆更换储能单元 之前，本发明还包括验证换电机器人是否到达投影位置，这一步骤的设置使得在换电机器 人为待换电车辆更换储能单元之前，可以通过视觉定位单元获取换电机器人的第二位置信 息与待换电车辆的第一位置信息进行比较多的方式，验证换电机器人是否准确到达投影位 置，从而进一步提高本换电方法的实施成功率，保证了本方法运行的稳定性。

[0063]方案1、一种视觉定位换电方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

[0064] 获取待换电车辆的第一位置信息；

[0065] 使换电机器人到达目标换电位置的投影位置；

[0066]在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使所述换电机器人为所述待换电 车辆更换储能单元。

[0067]方案2、根据方案1所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“获取待换电车辆的第 一位置信息”的步骤进一步包括：

[0068]从所述待换电车辆下方获取所述待换电车辆的所述第一位置信息。

[0069]方案3、根据方案1所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“使所述换电机器人为 所述待换电车辆更换储能单元”的步骤进一步包括：

[0070] 使所述换电机器人到达所述目标换电位置；

[0071] 使所述换电机器人为所述待换电车辆更换所述储能单元。

[0072] 方案4、根据方案3所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“使所述换电机器人到 达所述目标换电位置”的步骤进一步包括：

[0073]采用机械定位的方式使所述换电机器人以接近所述目标换电位置的方式移动； [0074] 使所述换电机器人到达所述目标换电位置。

[0075]方案5、根据方案3所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在“使所述换电机器人 为所述待换电车辆更换储能单元”的步骤之前，所述方法还包括：

[0076] 验证所述换电机器人是否到达所述投影位置。

[0077]方案6、根据方案5所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“验证所述换电机器人 是否到达所述投影位置”的步骤进一步包括：

[0078] 获取所述换电机器人的第二位置信息；

[0079]基于所述第一位置信息与所述第二位置信息，计算所述待换电车辆和所述换电机 器人的相对位置信息；

[0080]在所述相对位置信息不大于设定阈值或处于阈值区间的情形下，判断为所述换电 机器人已到达所述投影位置。

[0081]方案7、根据方案6所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在所述相对位置信息大 于所述设定阈值或不处于所述设定阈值区间的情形下，判断为所述换电机器人未到达所述 投影位置。

[0082] 方案8、根据方案7所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在所述换电机器人未到 达所述投影位置的情形下，通过使所述换电机器人移动的方式使所述相对位置信息不大于 所述设定阈值或处于所述阈值区间。

[0083] 方案9、根据方案6所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“获取待换电机器人的 第二位置信息”的步骤进一步包括：

[0084]采集含有第二标记点的图像数据；

[0085]基于所述含有第二标记点的图像数据，获取所述第二位置信息；

[0086]其中，所述第二标记点设置于所述待换电机器人。

[0087]方案10、根据方案1至9中任一项所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在“获取 待换电车辆的第一位置信息”的步骤之前，所述方法还包括：

[0088]使所述待换电车辆到达换电平台的设定位置。

[0089]方案11、根据方案1至9中任一项所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“获取待 换电车辆的第一位置信息”的步骤进一步包括：

[0090] 采集含有第一标记点的图像数据；

[0091] 基于所述含有第一标记点的图像数据，获取所述第一位置信息；

[0092] 其中，所述第一标记点设置于所述待换电车辆。

[0093] 方案12、一种视觉定位换电系统，其特征在于，所述系统包括：

[0094] 视觉定位单元，其用于获取待换电车辆的第一位置信息；

[0095] 控制单元，其用于使换电机器人到达目标换电位置的投影位置;以及

[0096] 在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使所述换电机器人为所述待换电 车辆更换储能单元。

[0097] 方案13、根据方案12所述的视觉定位换电系统，其特征在于，所述视觉定位单元设 置于换电平台的下方。

[0098] 方案14、根据方案13所述的视觉定位换电系统，其特征在于，

[0099] 所述控制单元使所述换电机器人到达所述目标换电位置；

[0100] 所述控制单元使所述换电机器人为所述待换电车辆更换所述储能单元。

[0101] 方案15、根据方案14所述的视觉定位换电系统，其特征在于，所述换电系统还包括 机械定位单元，所述机械定位单元用于在所述换电机器人以接近所述目标换电位置的方式 移动的情形下与所述待换电车辆对准连接。

[0102] 方案16、根据方案15所述的视觉定位换电系统，其特征在于，所述系统还包括：

[0103] 判断单元，其用于验证所述换电机器人是否到达所述投影位置。

[0104] 方案17、根据方案16所述的视觉定位换电系统，其特征在于，所述系统还包括计算 单元，

[0105] 所述视觉定位单元获取所述换电机器人的第二位置信息；

[0106] 所述计算单元基于所述第一位置信息与所述第二位置信息，计算所述待换电车辆 和所述换电机器人的相对位置信息；

[0107] 所述判断单元在所述相对位置信息不大于设定阈值或处于设定阈值区间的情形 下，判断为所述换电机器人已到达所述投影位置。

[0108] 方案18、根据方案17所述的视觉定位换电系统，其特征在于，所述判断单元在所述 相对位置信息大于所述设定阈值或不处于所述设定阈值区间的情形下，判断为所述换电机 器人未到达所述投影位置。

[0109] 方案19、根据方案18所述的视觉定位换电系统，其特征在于，在所述换电机器人未 到达所述投影位置的情形下，所述控制单元通过使所述换电机器人移动的方式使所述相对 位置信息不大于所述设定阈值或处于所述阈值区间。

[0110] 方案20、根据方案17所述的视觉定位换电系统，其特征在于，所述视觉定位单元又 包括视觉采集子单元和视觉计算子单元，

[0111 ]所述视觉采集子单元采集含有第二标记点的图像数据；

[0112]所述视觉计算子单元基于所述含有第二标记点的图像数据，计算所述第二位置信 息；

[0113]其中，所述第二标记点设置于所述待换电机器人。

[0114]方案21、根据方案12至20中任一项所述的视觉定位换电系统，其特征在于，

[0115]所述系统还包括车辆定位单元，所述车辆定位单元用于使所述待换电车辆到达换 电平台的设定位置。

[0116] 方案22、根据方案12至20中任一项所述的视觉定位换电系统，其特征在于，

[0117]所述视觉采集子单元采集含有第一标记点的图像数据；

[0118]所述视觉计算子单元基于所述含有第一标记点的图像数据，计算所述第一位置信 息；

[0119]其中，所述第一标记点设置于所述待换电车辆。

附图说明

[0120]下面参照附图并结合为换电方式为底部换电的电动汽车更换动力电池来描述本 发明的原理。其中，附图为：

[0121 ]图1是本发明的视觉定位换电方法的流程示意图；

[0122]图2A是本发明的视觉定位换电方法中获取第一位置信息的过程图（一）；

[0123]图2B是本发明的视觉定位换电方法中获取第一位置信息的过程图（二）；

[0124]图2C是本发明的视觉定位换电方法中获取第一位置信息的过程图（三）；

[0125]图3是一种本发明的视觉定位换电方法的完整换电过程的流程图；

[0126]图4是本发明的视觉定位换电系统的系统结构示意图。

具体实施方式

[0127]下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这 些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然 机械定位单元优选地为设置于换电机器人举升机构上的定位销，但是这种设置形式非一成 不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

[0128] 首先参照图1，图1是本发明的视觉定位换电方法的流程示意图。如图1所示，本发 明提供了一种视觉定位换电方法，该方法主要包括以下步骤：

[0129] S100、使待换电的电动汽车到达换电平台的设定位置。如可以通过换电平台上设 置的导向定位机构，使待换电的电动汽车到达换电平台的设定位置。基于该设定位置并结 合电动汽车的动力电池在电动汽车上的具体布置位置，可以进一步确定出换电机器人的目 标换电位置。

[0130] S200、视觉定位单元获取待换电的电动汽车的第一位置信息。如视觉定位单元设 置于换电平台下方的地面上，视觉定位单元包括若干个摄像头，电动汽车的车底设置有与 若干个摄像头对应的第一标记点，如可以将电动汽车上设置的用于换电过程中用于与换电 机器人上设置的定位销匹配定位的定位孔作为第一标记点，视觉定位单元能够通过摄像头 采集电动汽车底部一定范围内包含定位孔的图像并对该图像进行分析处理的方式，获得定 位孔的位置信息，并且用定位孔的位置信息来表征电动汽车的第一位置信息。

[0131] S300、使换电机器人到达目标换电位置的投影位置。如位于换电机器人上的控制 部基于获得的第一位置信息，以控制换电机器人移动的方式使换电机器人大致处于目标换 电位置的正下方。

[0132] S400、在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使换电机器人为待换电的 电动汽车更换动力电池。如通过位于换电机器人上的控制部控制换电机器人的举升机构 (如剪式举升机构)到达目标换电位置，并且在到达目标换电位置后，控制部控制设置于举 升机构上的加解锁机构(如用于紧固螺栓的紧固装置)完成为电动汽车更换动力电池的动 作。

[0133]需要说明的是，换电平台的设定位置可以是待换电的电动汽车在进行换电作业时 所停放的位置，并且此位置一般由设置于换电平台上的相应的导向定位机构限制所得。如 导向定位机构包括换电平台上设置的V型导向定位槽(V型辊筒）、居中定位机构（横向推 杆），其中V型辊筒可以限制电动汽车在前进方向（记为X方向）上的移动，即使得电动汽车在 前进方向到达设定位置，而横向推杆可以限制电动汽车在水平面上与前进方向垂直的方向 上(记为Y方向，并将与X方向、Y方向组成的平面垂直的方向记为Z方向）的移动，即使得电动 汽车在前进方向在水平面上的垂直方向到达设定位置。通过限制电动汽车在X方向和Y方向 上的移动，最终使电动汽车大致停放在换电平台的固定位置。目标换电位置可以是能够使 换电机器人为电动汽车更换动力电池的位置，如目标换电位置可以为动力电池在电动汽车 车身上安装位置的正下方的位置，换电机器人能够到达该位置并顺利地完成换电动作，如 设置于换电机器人上的举升机构通过举升的方式到达该位置，之后通过设置于换电机器人 上的加解锁机构完成加解锁动作，具体而言，将处于亏电状态的动力电池从该安装位置卸 下或将处于满电状态的动力电池固定在该安装位置的动作。

[0134]还需要说明的是，尽管本实施方式中所述的底部换电方式是基于换电机器人到达 投影位置时，举升机构通过以靠近电动汽车移动的方式到达目标换电位置进行换电作业的 方式进行阐述的，但这种阐述仅仅是示例性的，本领域技术人员能够理解的是，在换电机器 人无需举升机构便可以直接在电动汽车的底部进行换电作业的应用场景中，换电机器人到 达投影位置也即到达目标换电位置。也就是说，此时投影位置与目标换电位置为同一位置。 如在立体车库内设置换电单元，在车停放至车位的情形下，可以在车位底部直接对车进行 换电作业。

[0135] 在一种可能的实施方式中，步骤S200又可以进一步包括如下步骤：

[0136] S210、视觉定位装置采集含有第一标记点的图像数据。如视觉定位装置的摄像头 采集含有定位孔的图像。

[0137] S220、基于图像数据，获取第一位置信息。如视觉定位装置的计算单元根据采集到 的含有定位孔的图像进行处理得到定位孔的位置信息。如可选用定位孔的图像与预先设置 的目标图像之间的相关性计算来获得定位孔的坐标信息，进而将该坐标信息作为电动汽车 的第一位置信息。

[0138] 下面以相关系数作为图像相关性评价指标为例，阐述第一位置信息的获取方法。

[0139] 下面参照图2A、图2B和图2C，图2A是本发明的视觉定位换电方法中获取第一位置 信息的过程图（一），图2B是本发明的视觉定位换电方法中获取第一位置信息的过程图 (二），图2C是本发明的视觉定位换电方法中获取第一位置信息的过程图（三）。

[0140] 如图2A、图2B和图2C所示，以电动汽车具有四个定位孔(分别为第一定位孔、第二 定位孔、第三定位孔、第四定位孔），每个定位孔对应一个摄像头，获取第一位置信息的计算 方法可以是：

[0141] 视觉定位单兀米集含有定位孔的图像(如图2A所不）；

[0142] 视觉定位单元计算待匹配图像与实际采集到的图像的相关性，得到相关系数（如 图2B所示）；

[0143] 根据计算得到的相关系数最大值点的坐标，得到匹配图像(如图2C所示）。

[0144] 具体而言，第一位置信息的获得过程包括：

[0145] 建立坐标系。由于视觉定位单元设置于换电平台下方的地面上，与换电站平台的 相对位置不变，所以可以以视觉定位单元为基准，建立换电站的绝对坐标系(X，Y，Z)。

[0146] 其中，X轴所对应的方向为电动汽车的前进方向，Y轴所对应的方向为电动汽车的 在水平面上与X方向垂直的方向，Z轴所对应的方向为垂直于X轴和Y轴确定的平面的方向。

[0147] 可以令第一摄像头的设置位置为坐标原点，即第一摄像头在绝对坐标系中的位置 坐标为Ci= (0,0,0)，相应地，设置第二摄像头、第三摄像头和第四摄像头分别对应位置坐 标分别为:c2= (X2，Y2,0)、C3= (X3，Y3,0)、C4= (X4，Y4,0)。

[0148] 假设第一摄像头的焦距为Z，即摄像头距离电动汽车的距离为Z，则电动汽车上对 应第一摄像头焦距处的位置的视野中心的坐标为(V= (o,o，z)。相应地，换电平台上对应 第二摄像头、第三摄像头和第四摄像头的视野中心的坐标分别为:c2/= (x2，Y2，z)、c3/ = (X3，Y3，Z)、C/二（X4，Y4，Z)。

[0149] 在4个摄像头计算得到对应的含有定位孔的4幅图像后（即匹配图像），可以得到4 个定位孔分别在各自匹配图像的图像坐标系中的图像坐标(通常图像坐标的单位为像素）， 分别记录为(Ri，^)、（R2，C2)、（R3，C3)、（R4，C4)。将上述图像坐标转化为针对摄像头视野中心 的绝对距离，并乘以像素分辨率，便可以得到4个定位孔在绝对坐标系中的绝对坐标。假设 已知4个摄像头的视野中心分别为像素(Rci,Cci)，（Rc2，Cc2)、（Rc3，Cc3)、（Rc4,Cc4)，并且每个 摄像头的像素分辨率均为Res，则综合上述数据可以得到与4个摄像头相对应的4个定位孔 在绝对坐标系中的绝对坐标分别为：

[0150] Ti= [(Ri-Rci) XRes, (Ci-Cci) XRes.Z] (1)

[0151] T2= [ (R2_Rc2) XRes+X2，（C2-CC2) XRes+Y2，Z]⑵

[0152] 丁3= [ (R3-Rc3) X Res+X3，(C3_Cc3) X Res+Y3，Z]⑶

[0153] T4= [ (Rd) X Res+X4, (C4_Cc4) X Res+Y4,Z]⑷

[0154]当然，图像相关性的评价指标还有很多，本领域技术人员可以根据具体应用场景 进行调整，如类似方法还有均方误差、相关系数、直方图匹配系数以及相对熵等。并且，在实 际应用中，可能会基于实际工况，对摄像头获得的图像做直方图均衡，二值化，去噪等处理。 [0155] 在一种可能的实施方式中，步骤S400又可以进一步包括：

[0156] S410、使换电机器人到达目标换电位置。如通过位于换电机器人上的控制部控制 换电机器人的举升机构(如剪式举升机构)带动位于举升机构上的加解锁机构(如用于紧固 螺栓的紧固装置)以靠近电动汽车的方式接近目标换电位置，也就是视觉定位的范围内，然 后通过举升机构进一步举升加解锁机构的方式到达目标换电位置。当然，也可以在举升机 构上设置定位销，使定位销以靠近电动汽车，并且通过定位销插入定位孔的方式使举升机 构到达目标换电位置。

[0157] S420、使换电机器人为待换电的电动汽车更换动力电池。如在举升机构到达目标 换电位置后，换电机器人上设置的加解锁机构直接对电动汽车上的处于亏电状态的动力电 池进行解锁的动作，并将处于亏电状态的动力电池承载于举升机构上。

[0158]也就是说，视觉定位装置设置在换电平台下方的地面上，在为换电方式为底部换 电的电动汽车更换动力电池时，通过视觉定位装置采集含有的定位孔的图像并基于图像计 算出定位孔的坐标信息的方式，便可以直接得出电动汽车的第一位置信息，进而换电机器 人的控制部能够基于第一位置信息控制换电机器人精确到达目标换电位置的投影位置，并 且无需其他定位装置便可以对电动汽车直接进行动力电池的更换动作。这样的设置方式和 换^方法相对于背景技术中提到的视觉定位系统来说，减少了视觉定位单元的定位次数， 提高了第一位置信息的结果准确性，进而提高了动力电池的更换过程的定位精度和成功 率。并且，由于定位精度高，无需其他定位装置，还可以起到精简换电机器人的机械结构和 精简换电流程的效果，使得换电机器人在到达投影位置的情形下，可以直接对电动汽车进 行动力电池的更换。

[0159] +进一步地，为了进一步提高定位精准度和换电系统的稳定性，还可以在换电机器 人基于第一位置信息到达投影位置或目标换电位置后，或者在换电机器人为待换电的电动 汽车更换动力电池之前，即在步骤S300和S400之间，设置有验证换电机器人是否到达投影 位置的步骤(步骤S350)。

[0160]在一种可能的实施方式中，如可以利用视觉定位单元对换电机器人的当前位置做 进一步的校准和验证。验证换电机器人是否到达投影位置的方法具体包括：

[0161] S350、在换电机器人到达投影位置后，视觉定位单元获取换电机器人的第二位置 信息Y与采集第一位置信息的方法类似，换电机器人底部设置有第二标记点，如第二标记点 可以为换电机器人底部边角点或设置在换电机器人底部的标记图形，或者在设置有定位销 的情况下，第二标记点还可以是换电机器人上设置的、用于与定位孔插合连接的定位销等 机械定位结构。视觉定位单元通过摄像头拍摄换电机器人底部一定范围内包含定位标记的 5I像并对该图像进行分析处理的方式，间接获得定位销的位置信息，并且用定位销的位置 f目息来表征换电机器人的第二位置信息。当然，此步骤实现的前提是换电机器人的底部边 角点或标记图形与定位销存在固定的位置关系换算。

[0162] 步骤S350又可以进一步包括如下步骤：

[0163] S351、视觉定位装置采集含有第二标记点的图像数据。如视觉定位装置的摄像头 采集含有底部边角点或标记图形的图像。

[0164] S352、基于图像数据，获取第二位置信息。如视觉定位装置的计算单元根据采集到 的含有底部边角点或标记图形的图像进行处理得到含有底部边角点或标记图形的位置信 息，进而利用含有底部边角点或标记图形与定位销的位置关系计算得出定位销的坐标信 息。如依然可选用相关性计算等处理方法来计算底部边角点或标记图形的坐标信息，进而 将基于该坐标信息得到的定位销的位置信息作为换电机器人的第二位置信息。

[0165] S353、基于第一位置信息与第二位置信息，计算待换电车辆和换电机器人的相对 位置信息。如换电机器人的计算单元求取第二标记点的坐标信息中的坐标值与第一标记点 (定位孔）的坐标信息中的坐标值的差值，提取差值中在X轴方向和Y轴方向上的坐标差值， 并将两个坐标差值作为相对位置信息。

[0166] 当然，上述求取相对位置信息的方式并不唯一，本领域技术人员还可以基于具体 应用环境对上述方法进行调整。如计算相对位置信息的方法还可以是:基于换电机器人建 立机器人坐标系—建立机器人坐标系与绝对坐标系的映射关系—求取第二标记点在机器 人坐标系中的坐标信息—利用映射关系将第二标记点的在机器人坐标系中的坐标信息映 射到绝对坐标系，从而得到第二标记点在绝对坐标系中的坐标信息—基于第一标记点的坐 标信息和第二标记点的坐标信息得到相对位置信息。

[0167] S354、比较相对位置信息与设定阈值/阈值区间。如设定阈值区间可以是基于紧固 装置对动力电池的紧固螺栓进行加解锁过程中的允许误差设定的某个区间，如设定阈值可 以是(_〇. 5mm，+0 _ 5mm)。

[0168] 其中，在相对位置信息不处于设定阈值区间的情形下，判断结果为换电机器人已 到达投影位置，并执行步骤S400。也就是相对位置信息处于设定阈值区间时，换电机器人执 行为电动汽车更换动力电池的动作。

[0169]其中，在相对位置信息未处于设定阈值的情形下，判断为换电机器人未到达投影 位置，基于相对位置信息，执行步骤S300。也就是相对位置信息未落入设定阈值对应的区间 时，换电机器人没有与电动汽车没有对准，从而举升平台无法准确到达目标换电位置进行 加解锁动作，此时基于相对位置信息，对换电机器人进行微调，使调整后的相对位置信息处 于设定阈值区间。

[0170]当然，对于在相对位置信息大于设定阈值的情形下，对换电机器人的调整除可以 不采用执行步骤S300外，还可以用手动调节换电机器人的方法，即当获得相对位置信息后， 手动控制控制单元，对换电机器人的位置进行微调，直至换电机器人与电动汽车的相对位 置信息处于设定阈值区间内。

[0171]可以看出，通过再次利用视觉定位单元获取换电机器人的第二位置信息并与电动 汽车的第一位置信息进行比较的方式，使本发明的换电方法在换电机器人到达投影位置 后，可以再次利用视觉定位单元对定位精度进行验证。也就是说，通过对定位步骤进行冗余 设计的方式，提高了本发明的换电方法的成功率，保证了换电方法的运行稳定性。当然，上 述方法旨在解释本发明的原理，并非用于限制本发明的保护范围，本领域技术人员还可以 对具体的校验步骤作相应的增加、删除等调整。

[0172]下面参照图3，图3为一种本发明的视觉定位换电方法的完整换电过程的流程图。 [0173]如图3所示，在一种优选的实施方式中，本发明的视觉定位换电方法的完整流程可 以是：

[0174]电动汽车驶入换电平台—电动汽车在换电平台完成粗定位(停至设定位置)—摄 像头获取电动汽车的第一位置信息—控制系统控制换电机器人到达目标换电位置的投影 位置—摄像头获取换电机器人的第二位置信息—判断换电机器人是否准确到达投影位置 —举升机构以靠近电动汽车的方式移动，执行机械定位―加解锁机构进行对电动汽车加解 锁操作。

[0175]应该指出的是，上述流程只是本发明的一种较佳的实施方式中，仅用来阐述本发 明方法的原理，并非旨在限制本发明的保护范围，本领域技术人员可以将本发明方法进行 适当的增加、删除或修改，以便本发明方法能够应用于更具体的应用场景。如电动汽车开入 换电平台以及粗定位的过程并不是本发明的换电方法的必须步骤。

[0176]下面参照图4，图4是本发明的视觉定位换电系统的系统结构示意图。

[0177]如图4所示，本发明还提供了一种视觉定位换电系统，该换电系统主要包括视觉定 位单元、控制单元、机械定位单元、判断单元、计算单元、车辆定位单元。其中：

[0178]视觉定位单元主要用于获取待换电的电动汽车的第一位置信息和换电机器人的 第二位置信息。进一步地，视觉定位单元又包括视觉采集子单元和视觉计算子单元，视觉采 集子单元主要用于采集含有第一标记点或第二标记点的图像数据，视觉计算子单元主要用 于基于所述图像数据，计算第一位置信息和第二位置信息。

[0179]机械定位单元优选地为设置于换电机器人举升机构上的定位销，并且定位销能够 与电动汽车上设置的定位孔插合连接。

[0180]优选地，视觉采集子单元可以为设置于换电平台下方的地面上的摄像头，视觉计 算子单元可以为集成在摄像头内的处理器。在电动汽车停至换电平台的设定位置后，该视 觉定位单元大致处于第一标记点的投影位置，也就是该视觉定位单元能够采集大致位于其 正上方的包含第一标记点的图像数据。进一步地，在换电机器人到达目标换电位置后，视觉 定位单元还能够采集大致位于其正上方的换电机器人底部的包含第二标记点的图像数据， 也就是视觉定位单元的设置位置除大致处于第一标记点的投影位置外，还大致处于第二标 记点的投影位置。

[0181]优选地，视觉定位单元可以为4个带有处理器的摄像头，第一标记点和第二标记点 可以设置为分别设置在电动汽车上底部的4个定位孔和设置在换电机器人底部2个标记图 形。优选地，定位销可以设置为2个，并且2个定位销分别对应换电机器人底部的2个第二标 记点。优选地，在定位销与定位孔插合连接时，还可以在换电机器人的举升机构与换电机器 人的连接位置设置浮动单元，该浮动单元可以在定位销与定位孔对准连接的过程中以小幅 度移动的方式使定位销与定位孔的连接更加容易，进而增加对准的成功率。如浮动单元可 以是弹簧、板簧、弹性胶块等弹性部件。

[0182] 应该指出的是，上述设置方式并非一成不变，本领域技术人员在不违背本发明原 理的前提下，可以对上述设置方式做出灵活的调整。如摄像头还可以设置为2个、3个或任意 数量个，其形式为双目视觉相机等，并且摄像头的设置位置还可以为换电平台下方任一固 定位置，如设置在固定架上等。再或者还可以在换电平台下侧底面和换电平台下方的地面 上同时配置摄像头，使用地面上的摄像头仍然采集包含定位孔的图像，而使用设置于换电 平台下侧底面的摄像头直接采集换电机器人上含有定位销的图像。如第一标记点还可以是 设置在电动汽车底部的标记图形或其他任何可以用来作为标记点的形状，第二标记点还可 以直接采用换电机器人的底部边角点替代等。

[0183]优选地，还可以在4个摄像头上分别设置光源，并且该光源在摄像头工作时可以自 动打开，以便在摄像头在采集图像数据时提供辅助光线，从而使摄像头能够采集到质量更 好的图像数据，提高图像分析时的准确性，进而增加定位的精准度和成功率。其中，辅助光 源还可以设置于其他能够提高采集图像质量的任意位置，如设置在换电平台的下地面上 等。再或者辅助光源还可以采用带有红外功能的摄像头直接替代等。

[0184] 本领域技术人员能够理解的是，上述优选的设置方式使得视觉定位单元可以在获 取电动汽车的第一位置信息的基础上，进一步获取换电机器人的第二位置信息，实现前述 的对电动汽车到达投影位置的验证功能，也就是提高了本发明方法的定位精度和成功率， 并且通过这种冗余的设置方式还能够防止由于系统出错等引起的定位不准等情况的出现， 提高了本方法在应用时的系统稳定性。采用摄像头和标记点一一对应的设置方式可以不必 拘泥于摄像头的视角范围限制，从而增大摄像头的选择范围，也就是增加了本方法的普适 性。

[0185]继续参照图4,控制单元主要用于控制换电机器人完成整个换电动作，如使换电机 器人到达目标换电位置的投影位置、使举升机构到达目标换电位置、使加解锁机构为所述 待换电的电动汽车更换动力电池的动作等。

[0186]计算单元主要用于基于第一位置信息与第二位置信息，计算待换电车辆和换电机 器人的相对位置信息。如根据视觉定位单元获取换第一位置信息和第二位置信息，计算第 一位置信息与第二位置信息的坐标差值，并提取差值中在X方向和Y方向上的坐标差值等。 [0187]判断单元主要用于验证换电机器人是否到达所述投影位置。如在视觉定位单元获 取换第一位置信息和第二位置信息后，根据第一位置信息与第二位置信息的坐标差值与设 定阈值的比较结果，判断坐标差值是否处于设定阈值区间，也就是换电机器人是否准确处 于投影位置。

[0188]车辆定位单元主要用于是待换电的电动汽车到达换电平台的设定位置。如通车辆 定位单元是换电平台上设置的V型导向槽和导向机构、通过V型导向槽和导向机构对待换电 的电动汽车在X、Y方向的限制，使待换电的电动汽车到达换电平台的设定位置。

[0189]综上所述，本发明的视觉定位换电方法及系统中，换电方法主要包括使待换电的 电动汽车到达换电平台的设定位置;视觉定位单元获取待换电的电动汽车的第一位置信 息;使换电机器人到达目标换电位置的投影位置;验证换电机器人是否到达投影位置;验证 换电机器人是否到达目标换电位置;使换电机器人为待换电的电动汽车更换动力电池。换 电系统主要包括设置于换电平台下方地面上的视觉定位单元、控制单元、判断单元、计算单 元以及机械定位单元，视觉定位单元又包括视觉采集子单元和视觉计算子单元。相比于背 景技术中引用的文献来说，上述视觉定位换电方法由于只需获取第一位置信息就可以完成 换电，具有流程精简、效率高的效果，而且利用视觉定位单元设置于换电平台下方地面的设 置方式，还能够是视觉定位单元用于验证换电机器人是否到达投影位置，进一步增加了本 发明方法的定位精度和成功率。此外，视觉定位单元与标记点采用 对应的设置方式，还 增加了本方法的普适性，使得本方法能够适用于更广阔的应用场景，具有更好的推广效果。 [0190]至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域 技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本 发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些 更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种视觉定位换电方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 获取待换电车辆的第一位置信息； 使换电机器人到达目标换电位置的投影位置； 在所述换电机器人到达所述投影位置的情形下，使所述换电机器人为所述待换电车辆 更换储能单元。

2. 根据权利要求1所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“获取待换电车辆的第一位 置信息”的步骤进一步包括： 从所述待换电车辆下方获取所述待换电车辆的所述第一位置信息。

3. 根据权利要求1所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“使所述换电机器人为所述 待换电车辆更换储能单元”的步骤进一步包括： 使所述换电机器人到达所述目标换电位置； 使所述换电机器人为所述待换电车辆更换所述储能单元。

4. 根据权利要求3所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“使所述换电机器人到达所 述目标换电位置”的步骤进一步包括： 采用机械定位的方式使所述换电机器人以接近所述目标换电位置的方式移动； 使所述换电机器人到达所述目标换电位置。

5. 根据权利要求3所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在“使所述换电机器人为所 述待换电车辆更换储能单元”的步骤之前，所述方法还包括： 验证所述换电机器人是否到达所述投影位置。

6. 根据权利要求5所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“验证所述换电机器人是否 到达所述投影位置”的步骤进一步包括： 获取所述换电机器人的第二位置信息； 基于所述第一位置信息与所述第二位置信息，计算所述待换电车辆和所述换电机器人 的相对位置信息； 在所述相对位置信息不大于设定阈值或处于阈值区间的情形下，判断为所述换电机器 人己到达所述投影位置。

7. 根据权利要求6所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在所述相对位置信息大于所 述设定阈值或不处于所述设定阈值区间的情形下，判断为所述换电机器人未到达所述投影 位置。

8. 根据权利要求7所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在所述换电机器人未到达所 述投影位置的情形下，通过使所述换电机器人移动的方式使所述相对位置信息不大于所述 设定阈值或处于所述阈值区间。

9. 根据权利要求6所述的视觉定位换电方法，其特征在于，“获取待换电机器人的第二 位置信息”的步骤进一步包括： 采集含有第二标记点的图像数据； 基于所述含有第二标记点的图像数据，获取所述第二位置信息； 其中，所述第二标记点设置于所述待换电机器人。

10. 根据权利要求1至9中任一项所述的视觉定位换电方法，其特征在于，在“获取待换 电车辆的第一位置信息”的步骤之前，所述方法还包括： 使所述待换电车辆到达换电平台的设定位置。