CN215771416U - 一种基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，包括机械手，机械手的末端安装有用于移动并夹取电池的移动夹取装置和视觉定位装置，视觉定位装置包括三维传感器及与其控制连接的工控机，机械手由控制柜控制，工控机与控制柜通信连接；控制柜根据视觉定位装置的扫描信息控制机械手带动移动夹取装置进行汽车电池的取装。该换电池系统通过三维传感器对汽车电池部位进行扫描、识别、定位，拍摄汽车电池的三维数据，识别计算出准确的位姿信息，引导机械手调整位置，再进行电池的更换。该系统操作流程简单，易于操作，有利于降低更换电池人工成本、人工的劳动量和工作风险，提高了更换电池的效率,促进了新能源汽车的进一步发展。

Description

一种基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统

技术领域

本实用新型属于车辆换电池技术领域，具体涉及一种基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统。

背景技术

由于石油能源的污染严重，所以新能源汽车的出现成为了必然趋势，目前新能源汽车技术相对已经成熟，普及率也越来越高。但目前新能源汽车还是面临着续航短、充电慢能现实问题，这也是制约新能源汽车进一步发展的主要原因。为了解决上述新能源汽车面临的难点，给新能源汽车的低电量电池进行更换满电量电池的方案应运而生。目前给新能源汽车换电池还都是采用人工的方式，该方法危险、效率低，为了不造成人员浪费、减少工作的危险度，全程无人化的机器操作成为了未来的发展趋势。

中国专利CN212950247U公开了一种基于机器视觉定位引导新能源汽车智能换电系统，它是利用工业相机对识别线内车辆进行识别定位，之后再利用工业相机对电池进行拍照获取电池的角度，上下尺寸，左右尺寸的位置信息。该方法的缺点是仅靠工业相机进行识别定位、数据采集，对二维图像的处理容易受外界环境的干扰，且精度比较低，对车辆的停放位置要求比较严格，必须停放在完全停在换电识别线内。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，以解决现有换电系统停放位置严格，易受环境影响的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，包括机械手，机械手的末端安装有用于夹取电池的移动夹取装置和视觉定位装置，所述视觉定位装置包括三维传感器及与其控制连接的工控机，所述机械手由控制柜控制，所述工控机与控制柜通信连接；所述控制柜根据视觉定位装置的扫描信息控制机械手带动移动夹取装置进行汽车电池的取下或安装。

在本实用新型另一个实施例中，所述移动夹取装置包括支架和设置于支架前端用于吸住电池的一组并列排布的吸盘，所述吸盘与对应的驱动机构连接以实现前后移动。

在本实用新型另一个实施例中，所述支架为中空的方形框架架构，包括底板、顶板和两侧板，所述顶板在吸盘移动方向上的尺寸小于底板，且顶板偏中后部设置使其前端空置，所述两侧板前端的高度也低于后端，以防止吸盘向前移动至汽车底部取装电池时碰撞到汽车车身；所述三维传感器安装于顶板上并朝向前方以便于对汽车电池的信息进行扫描。

在本实用新型另一个实施例中，所述吸盘均固定在一安装架上，安装架的后端通过一组连接杆与对应的驱动机构连接。

在本实用新型另一个实施例中，所述吸盘与驱动机构一一对应，每个吸盘由一个驱动机构驱动。

在本实用新型另一个实施例中，所述驱动机构为气缸。

在本实用新型另一个实施例中，所述吸盘为真空吸盘，每个吸盘均通过管路与真空发生器连接，所述真空发生器用于与气源连通。

在本实用新型另一个实施例中，所述支架的底部设有滚轮以便于移动夹取装置移动。

在本实用新型另一个实施例中，所述机械手的末端固定所述支架顶板的延伸部上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统通过三维传感器对新能源汽车电池部位进行扫描、识别、定位，拍摄新能源汽车电池的三维数据，识别计算出准确的位姿信息，引导机械手调整位置，再进行新能源汽车电池的更换。该系统操作流程简单，易于操作，有利于降低更换电池人工成本、人工的劳动量和工作风险，提高了更换电池的效率,促进了新能源汽车的进一步发展。

附图说明

图1是为本实用新型基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统实施例的结构示意图；

图2是移动夹取装置第一实施例的结构示意图；

图3是移动夹取装置第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“中心”、“底部”“顶部”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的部件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。

如图1所示为本实用新型基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统实施例的结构示意图，由图可知，该系统包括机械手1，机械手的末端安装有用于夹取电池4的移动夹取装置3和视觉定位装置，该视觉定位装置包括三维传感器2及与其控制连接的工控机(图中未示出)，机械手由控制柜(图中未示出)控制，工控机与控制柜通信连接；三维传感器2用于对待抓取的电池进行图像和三维数据扫描，并将扫描信息传输给工控机，控制柜根据从工控机接收的扫描信息控制机械手带动移动夹取装置进行汽车电池的取下或安装。

进一步地，本实施例的三维传感器2为双目视觉传感器，包括两个相机和一个线激光器，均安装于一个外壳中。采用激光结构识别定位、扫描数据抗环境光干扰，不易受外界环境的干扰，并且精度较高。

另外，三维传感器将扫描的电池位姿信息传输给工控机，若位置与机械手末端不对应，那么机械手1可以带动移动夹取装置3左右移动来调整位置，因此对汽车的停放位置要求相对较低。

优选地，本实施例中的机械手1优选六轴工业机械手，移动夹取装置3和三维传感器2均固定设置于六轴机械手第六轴的末端，且三维传感器2位于移动夹取装置3的上方。

进一步地，如图2所示，本实施例的移动夹取装置3包括支架5和设置于支架前端用于吸住电池的一组并列排布的吸盘6，吸盘6与对应的驱动机构7连接以实现前后移动，吸盘的个数可以根据实际情况确定，本实施例图示的吸盘为4个。

优选地，本实施例的支架5为中空的方形框架架构，包括底板52、顶板51和两侧板53、54，顶板51在吸盘6移动方向上的尺寸小于底板52，且顶板偏中后部设置使其前端空置，两侧板53、54前端的高度也低于后端，以防止吸盘6向前移动至汽车底部取装电池时碰撞到汽车车身。

三维传感器2安装于顶板上并朝向前方以便于对汽车电池的信息进行扫描。

另外，本实施例机械手的末端固定在顶板51向后的延伸部上。当然，也可以固定于一支撑座上，支撑座再通过卡接结构与顶板固连。机械手1末端、三维传感器2与移动夹取装置3一体固定的方式便于机械手、三维传感器与移动夹取装置同步移动。

进一步地，本实施例的吸盘6与驱动机构7一一对应，一个吸盘由一个驱动机构驱动，即四个吸盘分别由四个驱动机构来对应驱动。

优选地，如图3所示，与图2的驱动方式不同，本实施例的一组吸盘(图示为6个)均固定在一安装架8上，安装架的后端通过一组连接杆9(本实施例为3个)与对应的驱动机构(3个连接杆对应3组驱动机构)连接，这样的连接方式可以便于节约成本，减少了驱动机构的数量，吸盘6动作及位置的同步性也得到了保证。

优选地，不管是一一对应连接驱动还是通过安装架和连接杆驱动，本实施例的驱动机构均采用气缸，使用较为简单方便。当然，这里的驱动机构也可以采用电机驱动或者液压驱动，上述相同功能实现手段的简单变化均在本实用新型的保护范围内。

优选地，为保证对电池的吸附效果，本实施例的吸盘采用真空吸盘，每个吸盘均通过管路与真空发生器连接，真空发生器用于与气源连通。

进一步地，本实施例支架5的底部设置滚轮55以便于移动夹取装置的前后左右移动。

本实用新型基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统的工作原理和过程如下：待更换电池的汽车停在更换电池的指定区域，对停车的位置并不严格要求，在指定区域的范围内即可。汽车位置停好以后发出换电指令，当收到换电指令后，汽车电池将自动从汽车电池仓降下来以供视觉定位装置来拍摄。

在取换电池时，机械手手臂运动到固定位置，此时三维传感器到达固定的拍照位置后，扫描数据。扫描完数据后，根据计算的电池位姿信息进行拆卸电池，拆卸电池后把拆卸的电池放到收集区域并重新拿出一个满能量电池(这个取换的过程可由其他系统或人工完成)，由于汽车的位置没有发生变化，此时只需要根据先前拆卸的电池位姿信息来安装新的电池即可。

当换电完成后发送换电完成工作，汽车电池将自动从底部上升到汽车内部电池仓。为了提高换电效率，汽车车身两侧都可以安装一组这样的系统，以便可以使得新能源汽车两侧的电池同时进行更换。

本发明中的工控机和控制柜中安装有系统的控制软件，系统的工作流程如下：新能源汽车到达指定区域后，机械手移动至电池扫描位置，扫描数据，视觉定位装置接收到点云数据后进行处理并将电池的位置信息返回给机械手控制柜，若此时机械手的位置在左右方向上有偏差，可以控制机械手手臂及移动夹取装置左右移动来调整；调整到位后，机械手带动移动夹取装置前后移动，移动到汽车的设定位置时，机械手不动，驱动机构驱动吸盘向前移动，直至接触到电池，此时控制真空发生器打开，控制吸盘强力吸附住电池，之后驱动机构驱动吸盘反向移动，将电池从汽车上取下，之后机械手和移动夹取装置也向后移动，离开汽车一定距离来换新电池。

将新电池取代旧电池放在移动夹取装置并被吸盘吸附后，由于新能源汽车的位置没有发生变化，此时只需要根据先前拆卸的电池位姿信息控制机械手、移动夹取装置及驱动机构反向运动来安装新的电池即可，若有下个扫描位置则重复上述步骤，若无下个扫描位置则换电完成。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，包括机械手，机械手的末端安装有用于移动并夹取电池的移动夹取装置和视觉定位装置，所述视觉定位装置包括三维传感器及与其控制连接的工控机，所述机械手由控制柜控制，所述工控机与控制柜通信连接；所述控制柜根据视觉定位装置的扫描信息控制机械手带动移动夹取装置移位并进行汽车电池的取下或安装。

2.根据权利要求1所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述移动夹取装置包括支架和设置于支架前端用于吸住电池的一组并列排布的吸盘，所述吸盘与对应的驱动机构连接以实现前后移动。

3.根据权利要求2所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述支架为中空的方形框架架构，包括底板、顶板和两侧板，所述顶板在吸盘移动方向上的尺寸小于底板，且顶板偏中后部设置使其前端空置，所述两侧板前端的高度也低于后端，以防止吸盘向前移动至汽车底部取装电池时碰撞到汽车车身；所述三维传感器安装于顶板上并朝向前方以便于对汽车电池的信息进行扫描。

4.根据权利要求3所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述吸盘均固定在一安装架上，安装架的后端通过一组连接杆与对应的驱动机构连接。

5.根据权利要求3所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述吸盘与驱动机构一一对应，每个吸盘由一个驱动机构驱动。

6.根据权利要求4或5所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述驱动机构为气缸。

7.根据权利要求6所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述吸盘为真空吸盘，每个吸盘均通过管路与真空发生器连接，所述真空发生器用于与气源连通。

8.根据权利要求7所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述支架的底部设有滚轮以便于移动夹取装置的自由移动。

9.根据权利要求8所述的基于三维视觉的新能源汽车自动换电池系统，其特征在于，所述机械手的末端固定所述支架顶板的延伸部上。

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