一種基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法
【專利摘要】本發(fā)明汽車電池坐標標定方法，該標定方法利用的是換電機器人的視覺系統(tǒng)，即在電池的標定過程中，采用了頂部相機、側(cè)部相機與調(diào)試控制中心相結(jié)合的方法，減少了標定過程中的設(shè)備投入，而且其過程完全模擬換電過程，減少了標定的誤差，提高了標定的準確性。
【專利說明】一種基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全自動換電機器人基本結(jié)構(gòu)包括機器人的硬件結(jié)構(gòu)、充當機器人眼睛的視覺系統(tǒng)、對機器人機械手進行控制的PLC控制系統(tǒng)，還包括協(xié)調(diào)視覺系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)的主控中心，其中視覺系統(tǒng)包括設(shè)置在電動汽車上方用于獲取電動汽車圖像的頂部照相機、用于獲取電動汽車內(nèi)待換電池圖像的側(cè)部照相機，側(cè)部相機是安裝在機械手上的。
[0003]全自動換電機器人是電動汽車充換電站的核心技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)將電動汽車內(nèi)耗盡的電池組準確取出來放入空電池箱，用電池箱內(nèi)已充滿電的電池組替代，那么汽車電池在機器人坐標系下位置坐標的準確性，決定了換電機器人是否能夠成功換電。
[0004]在以往的機器人換電過程中，通過視覺系統(tǒng)對汽車內(nèi)的電池進行拍照所獲得電池的位置與電池的實際位置通常會出現(xiàn)偏差，因此如果能夠事先知道通過拍照所確定的電池的取放電位置與電池的實際取放電位置之間的差值，在通過偏差實現(xiàn)電池位置的自動標定，將會對機器人的換電有重要指導(dǎo)意義。
[0005]與該申請相關(guān)的申請有申請?zhí)枮?013106288395，名稱為基于PLC控制的電動汽車自動換電池機構(gòu)的換電池方法，申請?zhí)枮?01310629488X，名稱為一種電動汽車全自動換電池控制系統(tǒng)及方法，申請?zhí)枮?013106376358，名稱為一種電動汽車全自動換電池系統(tǒng)，201320783049X 一種電動汽車自動換電池機構(gòu)的視覺定位系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了獲取精確的汽車電池坐標，本發(fā)明提供一種基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0008]一種基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
[0009]1】確定側(cè)部相機的初步拍照位置
[0010]1.1】汽車停車后，調(diào)試控制中心發(fā)送指令至視覺系統(tǒng)，通過頂部相機對汽車頂部區(qū)域進行拍照，視覺系統(tǒng)得出汽車的停車位置，然后將該停車位置與固定停車位置作比較得出水平偏移值，反饋至調(diào)試控制中心；
[0011]根據(jù)汽車中電池組的安裝高度確定側(cè)部相機的拍照高度，反饋至調(diào)試控制中心；
[0012]1.2】針對電池組中的任一電池，調(diào)試控制中心根據(jù)電池組中電池排布位置以及所述水平偏移值和確定的側(cè)部相機的拍照高度計算機械手的待機位(X待、Y待、Z待、θ待)，即側(cè)部相機的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待為計算的待機位坐標，θ待為機械手能夠取到電池的偏轉(zhuǎn)角度，只要汽車的停車位置不變，機械手的偏轉(zhuǎn)角度Θ待保持不變；
[0013]并將此待機位信息發(fā)送至PLC控制系統(tǒng)；[0014]1.3】PLC控制系統(tǒng)控制機械手移動至側(cè)部相機的初步拍照位置；
[0015]2】確定機械手的待機位坐標
[0016]測量側(cè)部相機與該電池之間的垂直距離；反饋至調(diào)試控制中心；如果所測的垂直距離與側(cè)部相機的拍照距離不相等，對機械手進行調(diào)整，使安裝在機械手上的側(cè)部相機與電池之間的垂直距離與側(cè)部相機的拍照距離相等，拍照距離記為S，并將拍照距離S與實際測量距離的差值反饋至調(diào)試控制中心，
[0017]3】確定電池取電坐標偏差
[0018]3.1】側(cè)部相機對換電汽車中的電池進行拍照，調(diào)試控制中心計算得到該電池的三維取電坐標(X取、Y取、Z取)，即電池的計算取電坐標，
[0019]3.2】斷開調(diào)試控制中心與PLC控制系統(tǒng)之間的連接，調(diào)整機械手使機械手能夠取出電池組中的電池，記錄機械手此時的坐標(X'取、Y'取、Z'取)，即該電池的實際取電坐標，
[0020]將該電池的實際取電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心計算該電池實際取電坐標與計算取電坐標的偏差，從而完成該電池取電坐標偏差的標定；
[0021]4】確定電池放電偏差
[0022]在實際取電坐標(X'取、Y'取、Z'取)的基礎(chǔ)上，再次調(diào)整機械手，使機械手將取出的電池能夠放進電池倉，記錄機械手將電池放進電池倉時機械手的坐標(X^ Μ?、ν放、V放)，即該電池的實際放電坐標，將該電池的實際放電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心計算該電池的實際放電坐標與該電池的實際取電坐標的偏差，從而完成該電池放電偏差的標定；
[0023]5】調(diào)試控制中心將標定的各偏差值生成參數(shù)配置文件。
[0024]對相對于機械手成I行分布的四節(jié)電池進行標定時，按照電池的排列順序依次將該四節(jié)電池分別命名為I號電池、2號電池、3號電池、4號電池，該四節(jié)電池的標定次序為:
[0025]I號電池的取電坐標一3號電池的取電坐標-1號電池的放電坐標-2號電池的取電坐標-3號電池的放電坐標_4號電池的取電坐標_2號電池的放電坐標_4號電池的放電坐標。
[0026]對四節(jié)電池的標定使用兩個側(cè)部相機和兩個機械手，其中，I號電池和2號電池的標定用同一個側(cè)部相機和同一個機械手，3號電池和4號電池的標定用同一個側(cè)部相機和同一個機械手，
[0027]I號電池和3號電池的標定采用步驟1-4，2號電池的實際取電坐標是基于I號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的，2號電池的實際放電坐標是基于2號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的，
[0028]2號電池的計算取電坐標是在I號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上結(jié)合I號電池和2號電池之間的相互位置得出的，
[0029]4號電池的實際取電坐標是基于3號電池的實`際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的，4號電池的實際放電坐標是基于4號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的，
[0030]4號電池的計算取電坐標是在3號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上結(jié)合4號電池和3號電池之間的相互位置得出的，[0031 ] 電池的取電偏差根據(jù)電池的實際取電坐標、計算取電坐標及機械手的待機位的方位角θ待得出，
[0032]電池的放電偏差根據(jù)電池的實際放電坐標、計算放電坐標及機械手的待機位的方位角θ待得出。
[0033]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點是:
[0034]1、本發(fā)明汽車電池坐標標定方法，該標定方法利用的是換電機器人的視覺系統(tǒng)，即在電池的標定過程中，采用了頂部相機、側(cè)部相機與調(diào)試控制中心相結(jié)合的方法，減少了標定過程中的設(shè)備投入，而且其過程完全模擬換電過程，減少了標定的誤差，提高了標定的準確性。
[0035]2、本發(fā)明分析結(jié)果準確可靠，利于產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，所需人員較少，成本較低。
[0036]3、本發(fā)明的結(jié)果輸出可存為配置文件，便于修改。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1為標定時的系統(tǒng)原理圖，
[0038]圖2汽車內(nèi)電池分布圖。
【具體實施方式】
[0039]本發(fā)明一種基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法，利用機器人的視覺系統(tǒng)對汽車電池進行標定，其視覺標定系統(tǒng)包括設(shè)置在電動汽車上方用于獲取電動汽車位置的頂部相機、用于獲取電動汽車內(nèi)待換電池位置的側(cè)部相機，側(cè)部相機是安裝在機械手上的。
[0040]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。
[0041]如圖2所示，電動車的電池共4節(jié)，位置相對固定，換電機器人每個機械手負責取放兩節(jié)電池，為了獲取精確的汽車電池坐標，對于這四節(jié)電池的標定，本發(fā)明完全模擬換電過程中的換電次序?qū)@四節(jié)電池的取放電坐標進行標定，換電次序是:1取一3取-1放-2取-3放-4取-2放-4放。該電池的取放次序充分考慮了承載載荷變化導(dǎo)致電動汽車自重發(fā)生變化時，電動汽車和待換電池的位置變化問題，其目的是盡量使電動汽車保持在初始位置。
[0042]對這四節(jié)電池的標定方法，詳見下述:
[0043]一、1號電池取電坐標的標定:
[0044]1】確定I號電池所對應(yīng)的機械手上的側(cè)部相機的初步拍照位置，
[0045]1.1】汽車停車后，調(diào)試控制中心發(fā)送指令至視覺系統(tǒng)，通過頂部相機對汽車頂部區(qū)域進行拍照，視覺系統(tǒng)得出汽車的停車位置，然后將該停車位置與固定停車位置作比較得出水平偏移值，反饋至調(diào)試控制中心；固定位置為汽車的設(shè)定停車位置。
[0046]根據(jù)汽車中電池組的安裝高度確定側(cè)部相機的拍照高度，反饋至調(diào)試控制中心；
[0047]1.2】針對電池組中的任一電池，調(diào)試控制中心根據(jù)電池組中電池排布位置以及所述水平偏移值和確定的側(cè)部相機的拍照高度計算機械手的待機位(X待、Y待、Z待、θ待)，即側(cè)部相機的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待為計算的待機位坐標，θ待為計算的待機位方位角，并將此待機位信息發(fā)送至PLC控制系統(tǒng)，只要汽車的停車位置不變，機械手的偏轉(zhuǎn)角度Θ待保持不變；
[0048]1.3】PLC控制系統(tǒng)控制機械手移動至側(cè)部相機的初步拍照位置；
[0049]2】確定I號電池所對應(yīng)的機械手的待機位坐標偏差，
[0050]測量側(cè)部相機與I號電池之間的垂直距離；反饋至調(diào)試控制中心；如果所測的垂直距離與側(cè)部相機的拍照距離不相等，調(diào)試控制中心通過PLC控制系統(tǒng)對機械手進行調(diào)整，使安裝在機械手上的側(cè)部相機與I號電池之間的垂直距離與側(cè)部相機的拍照距離相等，拍照距離記為S，記錄此時機械手的坐標(X'待、Y'待、Z'待)，即機械手的實際待機位坐標，并將此坐標信息錄入至調(diào)試控制中心；調(diào)試控制中心將機械手的實際待機位坐標(X,待、Y'待、Z'待)與通過計算所得的機械手的待機位坐標(X待、Y待、Z待)做差，從而完成該I號電池機械手的待機位坐標偏差的標定，[0051]3】確定I號電池取電坐標偏差，
[0052]3.1】側(cè)部相機對換電汽車中的電池進行拍照，調(diào)試控制中心計算得到該電池在豎直平面的二維坐標，根據(jù)所述V待及S值計算得出該電池的另外一個坐標，最終取得該電池的三維取電坐標(X取、Y取、Z取)，即I號電池的計算取電坐標；
[0053]3.2)斷開調(diào)試控制中心與PLC控制系統(tǒng)之間的連接，調(diào)整機械手使機械手能夠取出電池組中的電池，記錄機械手此時的坐標(X'取、Y'取、Z'取)，即I號電池的實際取電坐標，
[0054]將I號電池的實際取電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心計算I號電池實際取電坐標與計算取電坐標的偏差，從而完成I號電池取電坐標偏差的標定；調(diào)試控制中心將標定的結(jié)果生成參數(shù)配置文件。
[0055]二、3號電池取電偏差的標定，
[0056]3號電池取電偏差的標定參照I號電池取電偏差的標定，即參照步驟1-3完成3號電池取電偏差的標定。
[0057]三、I號電池放電偏差的標定，
[0058]在I號電池實際取電坐標(X'取、Y'取、取)的基礎(chǔ)上，再次調(diào)整機械手，使機械手將取出的電池能夠放進電池倉,記錄機械手將電池放進電池倉時機械手的坐標(X ^放、Y'放、Z'放)，即I號電池的實際放電坐標，將I號電池的實際放電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心根據(jù)I號電池的實際放電坐標、I號電池的實際取電坐標的偏差及機械手的待機位的方位角Θ待得出，從而完成該電池放電偏差的標定，
[0059]四、2號電池取電偏差的標定
[0060]在I號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手得出2號電池的實際取電坐標，將該電池的實際取電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心根據(jù)2號電池的實際取電坐標、2號電池的計算取電坐標及機械手的待機位的方位角Θ待得出2號電池取電偏差，2號電池的計算取電坐標是根據(jù)I號電池的實際取電坐標計算得出的，
[0061]五、3號電池的放電偏差的標定
[0062]在3號電池實際取電坐標的基礎(chǔ)上，再次調(diào)整機械手，使機械手將取出的電池能夠放進電池倉,記錄機械手將電池放進電池倉時機械手的坐標，即3號電池的實際放電坐標，將3號電池的實際取電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心根據(jù)3號電池的實際放電坐標、3號電池的實際取電坐標及機械手的待機位的方位角Θ待得出3號電池的放電偏差，從而完成3號電池放電偏差的標定，
[0063]六、4號電池的取電偏差的標定
[0064]在3號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出4號電池的實際取電坐標，將該電池的實際取電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心根據(jù)4號電池的實際取電坐標、4號電池的計算取電坐標及機械手的待機位的方位角Θ待得出4號電池取電偏差，4號電池的計算取電坐標是根據(jù)3號電池的實際取電坐標計算的出的。
[0065]七、2號電池的放電偏差的坐標
[0066]在2號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出2號電池的實際放電坐標，將該電池的實際放電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心根據(jù)2號電池的實際放電坐標、2號電池的實際取電坐標及機械手的待機位的方位角Θ待得出得出2號電池取電偏差。
[0067]八、4號電池的放電偏差的坐標
[0068]在4號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出4號電池的實際放電坐標，將該電池的實際放電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心根據(jù)4號電池的實際放電坐標、4號電池的實際取電坐標及機械手的待機位的方位角Θ待得出4號電池取電偏差。
[0069]在對同類型的電動車進行換電時，可根據(jù)已經(jīng)獲得的參數(shù)配置文件，獲取汽車電池的位置。
【權(quán)利要求】
1.一種基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法，其特征在于:包括以下步驟: I】確定側(cè)部相機的初步拍照位置 1.1】汽車停車后，調(diào)試控制中心發(fā)送指令至視覺系統(tǒng)，通過頂部相機對汽車頂部區(qū)域進行拍照，視覺系統(tǒng)得出汽車的停車位置，然后將該停車位置與固定停車位置作比較得出水平偏移值，反饋至調(diào)試控制中心； 根據(jù)汽車中電池組的安裝高度確定側(cè)部相機的拍照高度，反饋至調(diào)試控制中心； 1.2】針對電池組中的任一電池，調(diào)試控制中心根據(jù)電池組中電池排布位置以及所述水平偏移值和確定的側(cè)部相機的拍照高度計算機械手的待機位(X待、Y待、Z待、Θ待)，即側(cè)部相機的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待為計算的待機位坐標，Θ待為機械手能夠取到電池的偏轉(zhuǎn)角度，只要汽車的停車位置不變，機械手的偏轉(zhuǎn)角度Θ待保持不變； 并將此待機位信息發(fā)送至PLC控制系統(tǒng)； 1.3IPLC控制系統(tǒng)控制機械手移動至側(cè)部相機的初步拍照位置； 2】確定機械手的待機位坐標 測量側(cè)部相機與該電池之間的垂直距離；反饋至調(diào)試控制中心；如果所測的垂直距離與側(cè)部相機的拍照距離不相等，對機械手進行調(diào)整，使安裝在機械手上的側(cè)部相機與電池之間的垂直距離與側(cè)部相機的拍照距離相等，拍照距離記為S，并將拍照距離S與實際測量距離的差值反饋至調(diào)試控制 中心， 3】確定電池取電坐標偏差 3.1】側(cè)部相機對換電汽車中的電池進行拍照，調(diào)試控制中心計算得到該電池的三維取電坐標(X取、Y取、Z取)，即電池的計算取電坐標， 3.2】斷開調(diào)試控制中心與PLC控制系統(tǒng)之間的連接，調(diào)整機械手使機械手能夠取出電池組中的電池，記錄機械手此時的坐標(X'取、Y'取、Z'取)，即該電池的實際取電坐標，將該電池的實際取電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心計算該電池實際取電坐標與計算取電坐標的偏差，從而完成該電池取電坐標偏差的標定； 4】確定電池放電偏差 在實際取電坐標(X^取、Y'取、Z'取)的基礎(chǔ)上，再次調(diào)整機械手，使機械手將取出的電池能夠放進電池倉,記錄機械手將電池放進電池倉時機械手的坐標(X^放、V U放)，即該電池的實際放電坐標，將該電池的實際放電坐標錄入調(diào)試控制中心，調(diào)試控制中心計算該電池的實際放電坐標與該電池的實際取電坐標的偏差，從而完成該電池放電偏差的標定； 5】調(diào)試控制中心將標定的各偏差值生成參數(shù)配置文件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法，其特征在于:包括以下步驟: 對相對于機械手成I行分布的四節(jié)電池進行標定時，按照電池的排列順序依次將該四節(jié)電池分別命名為I號電池、2號電池、3號電池、4號電池，該四節(jié)電池的標定次序為: I號電池的取電坐標一3號電池的取電坐標-1號電池的放電坐標-2號電池的取電坐標_3號電池的放電坐標-4號電池的取電坐標-2號電池的放電坐標-4號電池的放電坐標。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于全自動換電機器人的汽車電池坐標標定方法，其特征在于: 對四節(jié)電池的標定使用兩個側(cè)部相機和兩個機械手，其中，I號電池和2號電池的標定用同一個側(cè)部相機和同一個機械手，3號電池和4號電池的標定用同一個側(cè)部相機和同一個機械手， I號電池和3號電池的標定采用步驟1_4，2號電池的實際取電坐標是基于I號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的，2號電池的實際放電坐標是基于2號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的， 2號電池的計算取電坐標是在I號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上結(jié)合I號電池和2號電池之間的相互位置得出的， 4號電池的實際取電坐標是基于3號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的，4號電池的實際放電坐標是基于4號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上再次調(diào)整機械手而得出的， 4號電池的計算取電坐標是在3號電池的實際取電坐標的基礎(chǔ)上結(jié)合4號電池和3號電池之間的相互位置得出的， 電池的取電偏差根據(jù)電池的實際取電坐標、計算取電坐標及機械手的待機位的方位角θ待得出， 電池的放電偏差根據(jù)電池的實際放電坐標、計算放電坐標及機械手的待機位的方位角Θ待得 出。
【文檔編號】B60S5/06GK103879387SQ201410064679
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】羅華, 燕小強 申請人:西安航天精密機電研究所