CN113781565B - 一种电池更换方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种电池更换方法、系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池更换技术领域，公开了一种电池更换方法、系统、电子设备及存储介质，电池更换方法，包括在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取待更换车辆包含电池盒的深度图；根据深度图确定电池盒的形状轮廓；基于形状轮廓确定电池盒的角点2D坐标；根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于3D坐标确定位置信息，根据位置信息执行待更换车辆的电池盒的更换操作。这样，可以通过纯视觉方法实现对电池盒的定位，自动实现对电池的更换，大大降低了人工更换的人力成本，提升了换电效率。

Description

一种电池更换方法、系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电池更换技术领域，尤其涉及一种电池更换方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
随着新能源技术的快速发展，新能源汽车的使用越来越广泛，由于新能源汽车的续航里程和充电时间受限，因此，需要通过对新能源汽车进行换电操作以减少新能源汽车的充电时间，并提升续航里程。目前，在更换新能源汽车的电池时，大多采用测距仪器实现电池的更换，在采用测距仪器时，受测距仪器本身的精度限制，容易发生电池定位精度不够从而影响电池更换的情况。可见，现有的电池更换方式存在定位精度较低的问题。
发明内容
本发明提供了一种电池更换方法、系统、电子设备及存储介质，以解决现有的电池更换方式存在定位精度较低的问题。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种电池更换方法，包括：
在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取所述待更换车辆包含电池盒的深度图；
根据所述深度图确定所述电池盒的形状轮廓；
基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标；
根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于所述3D坐标确定位置信息，根据所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作。
可选地，所述根据所述深度图确定所述电池盒的形状轮廓，包括：
获取所述第一图像信息中的初始形状，并对所述初始形状进行轮廓检测处理，得到初始轮廓信息；
根据所述初始轮廓信息，计算包含所述电池盒形状轮廓的全部轮廓连通域面积信息；
根据所述电池盒的面积特征对所述全部轮廓连通域面积信息进行去躁处理，得到所述电池盒的形状轮廓。
可选地，所述基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标，包括：
采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标。
可选地，所述采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标，包括：
确定所述形状轮廓的主对角线，将所述主对角线的两端等长延长，直至使所述主对角线延长后的两个角点在深度图中的灰度值均不为0，并获取延长后的主对角线两端在所述形状轮廓上的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标；或者，
将所述形状轮廓等比放大，直至所述形状轮廓在深度图中的灰度值不为0，并获取放大后的形状轮廓的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标。
可选地，所述基于所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作，包括：
获取更换件在目标轴上的距离，根据所述距离和所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作；
其中，所述位置信息为三维坐标中的位置信息，所述三维坐标包括所述目标轴。
可选地，所述获取所述待更换车辆的电池盒的深度图之前，所述方法还包括：
获取所述待更换车辆的停车区域信息，并确定停车的目标区域；
提示所述待更换车辆驶入所述目标区域。
第二方面，本申请实施例提供一种电池更换系统，包括第一相机、主控器以及更换件，所述第一相机与所述主控器通信连接，所述主控器与所述更换件通信连接：
其中，所述第一相机，用于在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取所述待更换车辆包含电池盒的深度图；
所述主控器，用于根据所述深度图确定所述电池盒的形状轮廓；
所述主控器，还用于基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标；
所述主控器，还用于根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于所述3D坐标确定位置信息，根据所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作。
可选地，还包括第二相机，所述第二相机与所述主控器连接；
所述第二相机，用于获取所述待更换车辆的停车区域信息，确定停车的目标区域；
提示所述待更换车辆驶入所述目标区域。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面任一项所述的方法步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的方法步骤。
有益效果：
本发明提供的电池更换方法，包括在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取待更换车辆包含电池盒的深度图；根据深度图确定电池盒的形状轮廓；基于形状轮廓确定电池盒的角点2D坐标；根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于3D坐标确定位置信息，根据位置信息执行待更换车辆的电池盒的更换操作。这样，可以提升对电池盒的定位精度，自动实现对电池的更换，可以降低人工更换的人力成本。
附图说明
图1为本发明优选实施例的电池更换方法的流程图；
图2为本发明优选实施例的若干个连通域的面积示意图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应理解，本申请实施例的电池更换方法可以实现对重型新能源卡车的电池的更换，也可以应用于其他类型的新能源车辆中，此处仅做示例，不做限定。
请参见图1，本申请实施例提供一种电池更换方法，包括：
步骤101、在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取待更换车辆包含电池盒的深度图。
应理解，该电池更换方法可以应用于电池更换系统，该电池更换系统可以设置于换电站的应用场景中，目标区域可以是指换电站中便于对车辆进行识别的区域。深度图可以体现待更换车辆的电池盒上的各个点与电池更换系统中的相机的距离。
步骤102、根据深度图确定电池盒的形状轮廓。
在该步骤中，电池盒的形状轮廓可以是矩阵，也可以是圆形或者其他的形状，此处仅做示例，不做限定，在后续步骤中，以电池盒的形状为矩形进行示例说明。
步骤103、基于形状轮廓确定电池盒的角点2D坐标。
其中，电池盒的角点2D坐标可以是指电池盒的形状的对角线在更换系统中的角点坐标，该角点坐标是2D坐标。
步骤104、根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于3D坐标确定位置信息，根据位置信息执行待更换车辆的电池盒的更换操作。
应理解，电池盒在空间内的位置信息是指电池盒在换电站中，相对于换电系统的三维坐标中的坐标信息，该三维坐标可以包括互相垂直的X轴、Y轴和Z轴，其中，换电系统中的相机的位置可以是三维坐标的原点，三维坐标的建立方式与现有方式一致，此处不做赘述。该位置信息是电池盒在该三个轴上的坐标信息，例如，可以是电池盒中心点的3D坐标。
上述的电池更换方法，包括在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取待更换车辆的电池盒的深度图；根据深度图确定电池盒的形状轮廓；基于形状轮廓确定电池盒的角点坐标；根据电池盒的角点坐标确定电池盒在空间内的位置信息，并基于位置信息执行待更换车辆的电池盒的更换操作。这样，通过电池盒的深度图确定电池盒在空间内的位置信息，实现对电池盒的视觉定位，可以提升对电池盒的定位精度，自动实现对电池的更换，可以降低人工更换的人力成本。
可选地，获取待更换车辆的电池盒的深度图之前，上述的方法还包括：
获取待更换车辆的停车区域信息，并确定停车的目标区域；
提示待更换车辆驶入目标区域。
在本可选的实施方式中，可以采用第二相机获取待更换车辆的电池盒的尺寸信息，第二相机可以是POE相机，例如，首先通过读取POE相机，获取现场实时画面；然后根据电池盒的可识别区域，绘制待停车标志框；最后在换电站的显示屏显示该停车标志框，司机根据标志框引导，驶入目标区域。这样，可以结合车辆的实际情况确定目标区域，便于后续更准确的对车辆的电池盒进行定位。
可选地，根据深度图确定电池盒的形状轮廓，包括：
对深度图进行边缘检测处理，得到电池盒的第一图像信息，第一图像信息用于指示电池盒的初始形状；
获取所述第一图像信息中的初始形状，并对所述初始形状进行轮廓检测处理，得到初始轮廓信息；
根据所述初始轮廓信息，计算包含所述电池盒形状轮廓的全部轮廓连通域面积信息；
根据所述电池盒的面积特征对所述全部轮廓连通域面积信息进行去躁处理，得到所述电池盒的形状轮廓。
在本可选的实施方式中，边缘检测用于提取深度图中电池盒的边缘框作为第一图像信息，根据第一图像信息中的边元框可以确定电池盒的初始形状。进一步地，对初始形状进行轮廓检测处理，是指描绘该初始形状的轮廓，得到初始轮廓信息，其中，初始轮廓信息包括电池盒的轮廓信息以及拍摄的电池盒周边的相关期间的轮廓信息，因此，需要进一步计算包含所述电池盒形状轮廓的全部轮廓连通域面积信息，如图2所示，需要说明的是，由于深度图中包括多个连通域面积，在描绘电池盒的形状时，容易出现影响电池盒的形状的噪音，其中，面积特征是指图像中通过虚线部分连接的面积，该虚线部分就可能是噪音，噪音可能是电池盒附件的其余部件导致，也可能是拍摄深度图时的外界干扰物所致。因此，需要对多个连通域面积进行去躁处理，以去除噪音。然后，将去躁后的多个连通域面积和预设的电池盒的面积阈值进行匹配，从多个连通域面积中选取出与预设的电池盒的面积阈值最接近的面积对应的形状轮廓作为电池盒的形状轮廓，这样，可以使查找的形状轮廓更准确。
可选地，基于形状轮廓确定电池盒的角点2D坐标，包括：
采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标。
其中，所述采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标，包括：
确定所述形状轮廓的主对角线，将所述主对角线的两端等长延长，直至使所述主对角线延长后的两个角点在深度图中的灰度值均不为0，并获取延长后的主对角线两端在所述形状轮廓上的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标；或者，
将所述形状轮廓等比放大，直至所述形状轮廓在深度图中的灰度值不为0，并获取放大后的形状轮廓的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标。
在本可选的实施方式中，由于在对深度图进行坐标提取时，为了更清楚的显示电池盒的形状轮廓，将电池盒的形状轮廓的线框与线框内和线框外的区域采用不同的颜色进行区分，例如，线框可以为蓝色，线框内与线框外的区域可以是黑色。需要说明的是，深度图中的灰度值为0表示深度图中该灰度值为0的部分的实际物体与相机之间的距离超过了计算范围，因此，需要避免取到的角点像素灰度值为0。为防止取到的角点像素灰度值为0，将主对角线左上端和右下端延长相同像素点数，这样，可以确保取到的角坐标的角点像素灰度值不为0，且两端延长相同像素点数，可以使得中心像素点坐标不变，进一步，结合2D深度图转3D坐标的原理得到主对角线的角点3D坐标。
可变换地，由于电池盒的框是具有一定宽度的线框，在正常检测时，往往检测的是电池盒的形状线框的内框，而该内框的角点像素灰度值通常为0，因此，在另一个可行的实施方式中，还可以通过将检测到的内框等比放大，直至内框对应的形状轮廓在深度图中的灰度值不为0。这样，可以确保获取的深度图中的形状轮廓对应的实际的电池盒与相机之间的距离在可计算的范围之内。
然后对对角线的角点3D坐标取均值，可以得到电池盒的电池中心的3D坐标，这样，能更准确地确定电池中心的位置。
可选地，基于位置信息执行待更换车辆的电池盒的更换操作，包括：
获取更换件在目标轴上的距离，根据距离和位置信息执行待更换车辆的电池盒的更换操作；
其中，位置信息为三维坐标中的位置信息，三维坐标包括目标轴。
在本可选的实施方式中，可以采用更换件更换电池，更换件可以是机械臂，目标轴为Z轴。在更换时，机械臂基于当前电池中心的坐标(x,y,z)运动到指定位置，根据z值，将机械手降落至指定高度，即可将电池盒抓取。同时，机械臂末端带有激光测距传感器，确保3D坐标识别Z方向高度有误差时，防止机械手误碰电池，损坏电池。
在一个示例中，首先通过读取POE相机，获取现场实时画面；然后根据电池盒的可识别区域，绘制待停车标志框；最后司机根据标志框引导，驶入相应区域。读取TOF相机，获取包含电池盒的深度图，并且选择合适阈值对深度图进行边缘检测；对全部边缘检测结果进行轮廓检测，并且计算全部轮廓所围连通域的面积；根据电池盒连通域的面积特征进行过滤，得到目标电池盒的近似矩形轮廓；针对矩形轮廓进行角点检测，得到主对角线的角点坐标；结合TOF相机2D深度图转3D坐标的原理得到主对角线的角点3D坐标。为防止取到的角点像素灰度值为0，可延主对角线左上和右下延长相同像素点数，这样确保取到灰度值且中心像素点坐标不变；对主对角线3D坐标取均值，获得电池中心的3D坐标。司机通过车外电子显示屏观察到成功获取电池中心3D坐标状态后，方可下车，按下自动抓取按钮，下位机立即获取到当前电池中心坐标(x,y,z)。下位机控制行车机械手根据坐标x、y,运动到指定位置，下位机根据z值，将机械手降落至指定高度，即可将电池盒抓取。同时机械手末端带有激光测距传感器，确保3D坐标识别Z方向高度有误差时，防止机械手误碰电池，损坏电池。
本申请实施例还提供一种电池更换系统，包括第一相机、主控器以及更换件，所述第一相机与所述主控器通信连接，所述主控器与所述更换件通信连接：
其中，所述第一相机，用于在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取所述待更换车辆包含电池盒的深度图；
所述主控器，用于根据所述深度图确定所述电池盒的形状轮廓；
所述主控器，还用于基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标；
所述主控器，还用于根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于所述3D坐标确定位置信息，根据所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作。
需要说明的是，第一相机可以是TOF相机，为了便于获取电池盒的深度图，可以将第一相机设置于位于电池盒的上方预设范围内，该预设范围可以是换电站中能清楚拍摄到电池盒的位置。
可选地，电池更换系统还包括第二相机，所述第二相机与所述主控器连接；
所述第二相机，用于获取所述待更换车辆的停车区域信息，确定停车的目标区域；
提示所述待更换车辆驶入所述目标区域。
第二相机可以是POE相机，此处仅做示例，不做限定。
上述的电池更换系统，可以实现上述的电池更换方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述的方法步骤。
上述的电子设备，可以实现上述的电池更换方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
可选地，本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。该可读存储介质可以实现上述的电池更换方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电池更换方法，其特征在于，包括：
在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取所述待更换车辆包含电池盒的深度图；
根据所述深度图确定所述电池盒的形状轮廓；
基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标；
根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于所述3D坐标确定位置信息，根据所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作；
所述基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标，包括：
采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标；
所述采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标，包括：
确定所述形状轮廓的主对角线，将所述主对角线的两端等长延长，直至使所述主对角线延长后的两个角点在深度图中的灰度值均不为0，并获取延长后的主对角线两端在所述形状轮廓上的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标；或者，
将所述形状轮廓等比放大，直至所述形状轮廓在深度图中的灰度值不为0，并获取放大后的形状轮廓的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标。
2.根据权利要求1所述的电池更换方法，其特征在于，所述根据所述深度图确定所述电池盒的形状轮廓，包括：
对所述深度图进行边缘检测处理，得到所述电池盒的第一图像信息，所述第一图像信息用于指示所述电池盒的初始形状；
获取所述第一图像信息中的初始形状，并对所述初始形状进行轮廓检测处理，得到初始轮廓信息；
根据所述初始轮廓信息，计算包含所述电池盒形状轮廓的全部轮廓连通域面积信息；
根据所述电池盒的面积特征对所述全部轮廓连通域面积信息进行去躁处理，得到所述电池盒的形状轮廓。
3.根据权利要求1所述的电池更换方法，其特征在于，所述基于所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作，包括：
获取更换件在目标轴上的距离，根据所述距离和所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作；
其中，所述位置信息为三维坐标中的位置信息，所述三维坐标包括所述目标轴。
4.根据权利要求1所述的电池更换方法，其特征在于，所述获取所述待更换车辆的电池盒的深度图之前，所述方法还包括：
获取所述待更换车辆的停车区域信息，并确定停车的目标区域；
提示所述待更换车辆驶入所述目标区域。
5.一种电池更换系统，其特征在于，包括第一相机、主控器以及更换件，所述第一相机与所述主控器通信连接，所述主控器与所述更换件通信连接：
其中，所述第一相机，用于在待更换车辆驶入目标区域的情况下，获取所述待更换车辆包含电池盒的深度图；
所述主控器，用于根据所述深度图确定所述电池盒的形状轮廓；
所述主控器，还用于基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标；
所述主控器，还用于根据电池盒的角点2D坐标确定电池盒的角点在空间内的3D坐标，并基于所述3D坐标确定位置信息，根据所述位置信息执行所述待更换车辆的电池盒的更换操作；
所述基于所述形状轮廓确定所述电池盒的角点2D坐标，包括：
采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标；
所述采用预设方式对所述形状轮廓进行角点检测，以确定电池盒的角点2D坐标，包括：
确定所述形状轮廓的主对角线，将所述主对角线的两端等长延长，直至使所述主对角线延长后的两个角点在深度图中的灰度值均不为0，并获取延长后的主对角线两端在所述形状轮廓上的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标；或者，
将所述形状轮廓等比放大，直至所述形状轮廓在深度图中的灰度值不为0，并获取放大后的形状轮廓的角点2D坐标作为电池盒的角点2D坐标。
6.根据权利要求5所述的电池更换系统，其特征在于，还包括第二相机，所述第二相机与所述主控器连接；
所述第二相机，用于获取所述待更换车辆的停车区域信息，确定停车的目标区域；
提示所述待更换车辆驶入所述目标区域。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-4中任一所述的方法步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一所述的方法步骤。
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