CN116039575A - 一种车辆换电2d视觉定位方法 - Google Patents

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李春贺
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Abstract

本发明公开了一种车辆换电2D视觉定位方法，属于换电领域，包括：S1、沿车辆换电通道前后分别布置激光测距传感器，以及在堆垛机的叉臂上布置2D相机；S2、首次换电时将车辆停放在换电通道的标定位置处对堆垛机的初始换电位置和车辆电池的位置进行标定；S3、后续换电时利用激光测距传感器的测距计算车身相对于标定位置处的偏差角度和满足2D相机焦距时堆垛机货叉的伸缩量，据此控制堆垛机动作且在动作到位后利用2D相机获取车辆电池的位置信息；S4、根据该位置信息计算堆垛机相对于标定位置的位移和货叉升降位移，据此控制堆垛机移动至换电位置进行换电。本发明使设备可以实时配合车辆的停放位置，自主改变自身姿态去更换车辆电池。

Description

一种车辆换电2D视觉定位方法
技术领域
本发明涉及车辆换电技术，尤其涉及一种车辆换电2D视觉定位方法。
背景技术
目前，市面上的轻卡车辆开到指定位置后，由引导装置进行姿态矫正后，进行取换电池，大致方案为：车辆进入换电平台→车轮引导对中→平台举升车辆→换电RGV在车辆底部取旧电池→托运至电池仓→垛机交互→换电RGV带满电电池回车辆底部→车辆装电→平台放下车辆→平台回初始位置；此换电方法未包换视觉系统。
现有的更换轻卡电池的技术方案，是将车辆开入指定位置后，通过矫正车辆的姿势为模板位置后，再进行换电，由于轻卡载重量大，引导装置较为笨重，换电节拍较为缓慢，引导成本价值过高，且从底部更换电池，不符合现有轻卡车辆的结构，需重新设计电池模型，还需增加换电机构，并且因车辆的“载重因素”、“胎压因素”等，引导车身姿势后的定位精度不高，更换故障率偏大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆换电2D视觉定位方法，以简化车辆换电系统的机械结构。
为此，本发明提供了一种车辆换电2D视觉定位方法，包括：S1、沿车辆换电通道前后分别布置至少一个激光测距传感器，以及在堆垛机的叉臂上布置2D相机；S2、首次换电时将车辆停放在换电通道的标定位置处，记录标定时堆垛机的位置信息，并且利用2D相机获取车辆电池上至少两个预定特征点的点位信息；S3、后续换电时利用前后布置的激光测距传感器测距计算车身相对于标定时的偏差角度，然后计算在满足2D相机焦距时堆垛机货叉的伸缩量，据此控制堆垛机动作且在动作到位后利用2D相机获取车辆电池上两个预定特征点的点位信息；S4、根据所述至少两个预定特征点的点位信息计算堆垛机相对于标定时的位移和货叉升降位移，控制堆垛机按照所述位移移动至换电位置处且按照所述货叉升降位移对车辆电池进行换电操作。
本发明摒弃换电平台引导矫正姿态的方式，给换电设备配备视觉定位系统，使设备可以实时配合车辆的停放位置，自主改变自身姿态去更换车辆电池。如此能够简化换电设备结构，使得设备故障率减少，提高换电效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的车辆换电2D视觉定位方法的流程图；
图2是本发明的车辆换电2D视觉定位方法中换电系统的平面布局示意图；
图3是本发明的车辆换电2D视觉定位方法中车辆位置姿态的示意图；
图4是本发明的车辆换电2D视觉定位方法中2D相机所识别电池位置的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明通过2D相机+激光测距传感器，对车辆电池进行拍照，获取电池的位置信息，根据电池的位置信息引导堆垛机达到换电位置更换电池，如此避免了通过换电平台矫正车辆姿态的繁重机械任务，可节约造价成本及换电时长。
本发明的车辆换电2D视觉定位方法用于换电站中，该换电站的布局如下：如图2所示，换电通道的两侧设有平行布置的导轨，堆垛机可移动地运动在导轨上，该堆垛机具有双向伸缩的叉臂，导轨的外侧设有一排电池包充电存储架。该电池包充电存储架可分为缓存电池架和充电电池架。
本发明中堆垛机的叉臂不仅能够双向伸缩、升降移动，双向伸缩叉臂还能够随底盘偏转，以使叉臂正对车辆侧壁伸出，将车辆电池侧向取出、换电。
满足上述用途的堆垛机已有公开，例如安徽巨一科技股份有限公司在中国专利文献CN114537208 A(发明名称：一种车辆换电站和换电方法)中披露的堆垛机结构。
本发明的车辆换电2D视觉定位方法中，包括：S1、视觉定位系统配置步骤，即在换电通道的同侧边前后分别布置的激光测距传感器和安装于堆垛机叉臂上的2D相机和相应的视觉处理系统。
本发明的车辆换电2D视觉定位方法还包括如下步骤S2-S4。
S2、首次换电时，将车辆停放在换电通道的标定位置处对车辆电池进行标定。记录堆垛机标定时的位置信息，并且利用2D相机获取车辆电池上两个预定特征点的点位信息。
该点位信息包括特征点的X向坐标和Z向坐标，注意由2D相机获得的点位信息不包含Y向坐标。
标定位置是一个理想的停车位置，在该位置处车辆平行于换电通道，同时堆垛机在地轨上的位置满足其上安装的2D相机位于电池的中轴线。
为使车辆停在标定位置，可采用多种措施，例如利用地面上的停车线引导车辆停靠，同时换电通道上设有停车结构，其中换电车辆在触及停车结构时由驾驶员通过经验判断来停车，该停车结构可以是例如地面上布置的凹槽。当然还可以采用其他措施例如类似倒车雷达的视觉引导系统来辅助停车。
当车辆平行于换电通道时，激光测距传感器一测得的距离和激光测距传感器二测得的距离一致，该测距为2D相机的焦距值，或者大于2D相机的焦距值，此时使堆垛机的叉臂的伸缩一个位移量，即测距与2D相机焦距值的差值，可使相机对焦于车辆电池。
在一实施例中，步骤S2包括如下步骤：
S21、首先使车辆驶入停车通道且在碰触停车结构后停车，同时使车辆与换电通道保持平行；
S22、激光测距传感器一测量的距离为f，激光测距传感器二测量的位置为d，此时f＝d，车辆与换电通道平行，获得Y向信息；
S23、相机位于电池的中轴线，建立坐标系，拍摄照片，识别电池上的两个预定的特征点，获取电池X向与Z向的坐标点位信息及Z向的偏转角度；
S24、通过TCP/IP通信将此位置信息下发至下位机保存，将换电机构运行至换电位置，设为坐标O点。
S3、后续换电时，利用两个激光测距传感器的测距计算车身相对于标定位置处的偏差角度，然后计算在满足2D相机焦距时堆垛机货叉的伸缩量，据此控制堆垛机动作且在动作到位后利用2D相机获取车辆电池上两个预定特征点的点位信息。
后续换电时车辆驶入换电通道，车辆触碰到停车结构时驾驶员通过反馈的车感停车，此时车辆保持在大体正确的停车位置上。然而在实际停车过程中车辆的停靠位置相对于标定位置有偏斜，影响正常的换电操作。
本发明的车辆换电2D视觉定位方法通过获取电池的位置实时信息来调整堆垛机，进而在不用调整车辆停车位置的前提下也能实现换电操作，简化了换电过程。
在一实施例中，步骤S2包括如下步骤：
S31、车辆实际停放位置(虚线)与标定位置(实线)如图3所示，此时激光测距传感器一的测距相对于之前标准位置的测距为d-e，激光测距传感器二的相对测距为b-d，已知两个激光测距传感器之间的距离为g，根据tan(a)＝(b-e)/g，此时可获得Y向的偏转角度a，根据cos(a)＝Y向坐标/b，可得出Y向坐标；
S32、由于2D相机安装在堆垛机叉臂上，此时将堆垛机偏转a角度后，通过Y向坐标调整叉臂的伸缩量，如此能够寻找相机焦点，然后触发拍照，获取电池上两个预定特征点的X向与Z向的坐标点位信息，及Z向的偏转角度；
S33、通过TCP/IP通信将此位置信息下发至下位机，执行机构行驶至换电位置，进行拆装电池。
S4、根据所述两个预定特征点的点位信息计算堆垛机相对于标定时的位移和货叉升降位移，控制堆垛机按照所述位移移动至换电位置处且按照所述货叉升降位移对车辆电池进行换电操作。
根据两个预定特征点的点位信息计算堆垛机相对于标定位置的位移包括：计算换电时某一特征点的X向坐标相对于标定时该特征点的X向坐标的差值c；将c*cos(a)作为堆垛机相对于标定位置的位移。
货叉升降位移的起点通过电池两特征点中位置低的一个特征点的Z向坐标计算获得，其货叉升降位移值大于电池两特征点的Z向坐标的差值。
换电操作过程如下：堆垛机按照所述位移移动至换电位置处，首先使叉臂低于电池的最低点一个距离值，然后货叉伸出至电池包的底部，抬起电池包至一个一定高度，该高度大于电池两预定特征点的Z向坐标的差值，使电池包脱离卡车，然后叉臂回缩、回正，向电池包充电存储架一侧伸出，将电池包放置在缓冲电池架上，最后自充电电池架取出满电的电池包回到原先位置进行换电。
在一实施例中，本发明针对4.2米轻卡厢式物流车侧向换电，主要通过堆垛机机构和充电存储架，实现电池的更换。其中堆垛机机构实现电池包从轻卡上抬升、拉出后，横移至充电存储架。
本发明摒弃换电平台引导校正姿态的机械结构，给换电设备装上视觉系统，使设备可以实时配合车辆的停放位置，自主改变自身姿态去更换车辆电池。如此换电设备结构更加简单，设备故障率减少，提高换电效率。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，包括：
S1、沿车辆换电通道前后分别布置至少一个激光测距传感器，以及在堆垛机的叉臂上布置2D相机；
S2、首次换电时将车辆停放在换电通道的标定位置处，记录标定时堆垛机的位置信息，并且利用2D相机获取车辆电池上至少两个预定特征点的点位信息；
S3、后续换电时利用前后布置的激光测距传感器测距计算车身相对于标定时的偏差角度，然后计算在满足2D相机焦距时堆垛机货叉的伸缩量，据此控制堆垛机动作且在动作到位后利用2D相机获取车辆电池上两个预定特征点的点位信息；
S4、根据所述至少两个预定特征点的点位信息计算堆垛机相对于标定时的位移和货叉升降位移，控制堆垛机按照所述位移移动至换电位置处且按照所述货叉升降位移对车辆电池进行换电操作。
2.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，在首次换电时，在标定位置处的车辆平行于换电通道，同时堆垛机在地轨上的位置满足2D相机位于电池的中轴线，叉臂上2D相机距离车辆电池的距离等于其焦距。
3.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，所述换电通道中设有停车结构，其中换电车辆在触及停车结构时停车。
4.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，所述电池预定特征点的点位信息包括特征点的X向坐标和Y向坐标。
5.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，在首次换电时通过TCP/IP通信将车辆标定时获得的信息发至下位机保存，在后续换电时先将堆垛机运行至标定时对应的位置。
6.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，在后续换电时利用两个激光测距传感器的测距计算车身相对于标定时的偏差角度包括：
a＝arctan((b-e)/g)，其中，a是车身相对于标定时的偏差角度，e是激光测距传感器一的测距，b为激光测距传感器二的测距，g为激光测距传感器一和激光测距传感器二之间的间距。
7.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，计算在满足2D相机焦距时堆垛机货叉的伸缩量包括：
y＝b cos(a)-d，其中，y在满足2D相机焦距时堆垛机货叉的伸缩量，b为激光测距传感器一的测距值和激光测距传感器二的测距值二者中的较大者，d为2D相机的焦距。
8.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，根据两个预定特征点的点位信息计算堆垛机相对于标定位置的位移包括：
计算换电时某一特征点的X向坐标相对于标定时该特征点的X向坐标的差值c；
将c*cos(a)作为堆垛机相对于标定位置的位移。
9.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，所述货叉升降位移的起点通过电池预定两特征点中位置低的一个特征点的Z向坐标计算获得，其货叉升降位移值大于电池两预定特征点的Z向坐标的差值。
10.根据权利要求1所述的车辆换电2D视觉定位方法，其特征在于，通过TCP/IP通信将堆垛机相对于标定时的位移和货叉升降位移下发至下位机，控制堆垛机行驶至换电位置，进行拆装电池。
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