視覺定位換電方法及系統與流程

本發明涉及換電領域，具體涉及一種視覺定位方法及系統。

背景技術：

隨著新能源汽車的迅速推廣，如何快速有效地為新能源汽車補能成為各大廠商和車主關心的問題。以電動汽車為例，為電動汽車更換動力電池是解決上述問題的一種有效的方法，這種方法由于可以在短時間內為電動汽車更換動力電池，所以備受廣大服務商和車主的推崇。通常更換動力電池由充換電站中的換電小車完成，換電小車通過在換電平臺和動力電池架之間的往復移動實現將處于虧電狀態的動力電池卸下以及將處于滿電池狀態的動力電池固定在電動汽車的動作。整個換電中，換電小車的定位是實現快速更換動力電池的關鍵步驟之一，定位的精度和成功率直接決定換電的效率和服務商的服務質量。

公開號為cn104417382a的發明專利公開了一種視覺定位系統。具體而言，該視覺定位系統應用于電動汽車電池更換系統，電動汽車電池更換系統包括上位機和機器人，視覺定位系統第一視覺傳感器、第二視覺傳感器和視覺控制主機。其中，第一視覺傳感器和第二視覺傳感器分別設置在換電區域的兩側，獲取換電區域的圖像信息。但是，該方案在獲取換電區域的圖像信息時，包括第一視覺傳感器和第二視覺傳感器先后同時完成采樣以獲得電動汽車的第一圖像信息→對電動汽車進行三維重建→獲得電動汽車的坐標信息→接收來自上位機的電動汽車的車型信息→檢索電動汽車的第一圖像信息得到電動汽車的電池的所在位置→并依據電動汽車的坐標信息獲得坐標信息確定電池的位置信息→第一視覺傳感器和第二視覺傳感器同時獲取電動汽車的第二圖像信息→依據第二圖像信息獲取電動汽車的電池倉的位置信息等多個步驟，最終才能確定電池的位置信息和電池倉位置信息，定位次數多、定位步驟過于繁瑣，容易造成定位精度的下降。進一步地，第一視覺傳感器和第二視覺傳感器的視角不小于90°的應用條件，即只有在視角不小于90°的情形下才能獲得電動汽車的第一圖像信息，縮小了該系統的普適性。因此，上述定位系統定位存在效率低、精度不佳、普適性差的問題。

相應地，本領域需要一種新的定位方法來解決上述問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有的視覺定位系統存在的效率低、精度不佳、普適性差的問題，本發明提供了一種視覺定位換電方法，該方法包括以下步驟：

獲取待換電車輛的第一位置信息；

使換電機器人到達目標換電位置的投影位置；

在所述換電機器人到達所述投影位置的情形下，使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，“獲取待換電車輛的第一位置信息”的步驟進一步包括：

從所述待換電車輛下方獲取所述待換電車輛的所述第一位置信息。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，“使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元”的步驟進一步包括：

使所述換電機器人到達所述目標換電位置；

使所述換電機器人為所述待換電車輛更換所述儲能單元。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，“使所述換電機器人到達所述目標換電位置”的步驟進一步包括：

采用機械定位的方式使所述換電機器人以接近所述目標換電位置的方式移動；

使所述換電機器人到達所述目標換電位置。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，在“使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元”的步驟之前，所述方法還包括：

驗證所述換電機器人是否到達所述投影位置。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，“驗證所述換電機器人是否到達所述投影位置”的步驟進一步包括：

獲取所述換電機器人的第二位置信息；

基于所述第一位置信息與所述第二位置信息，計算所述待換電車輛和所述換電機器人的相對位置信息；

在所述相對位置信息不大于設定閾值或處于閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人已到達所述投影位置。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，在所述相對位置信息大于所述設定閾值或不處于所述設定閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人未到達所述投影位置。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，在所述換電機器人未到達所述投影位置的情形下，通過使所述換電機器人移動的方式使所述相對位置信息不大于所述設定閾值或處于所述閾值區間。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，“獲取待換電機器人的第二位置信息”的步驟進一步包括：

采集含有第二標記點的圖像數據；

基于所述含有第二標記點的圖像數據，獲取所述第二位置信息；

其中，所述第二標記點設置于所述待換電機器人。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，在“獲取待換電車輛的第一位置信息”的步驟之前，所述方法還包括：

使所述待換電車輛到達換電平臺的設定位置。

在上述視覺定位換電方法的優選技術方案中，“獲取待換電車輛的第一位置信息”的步驟進一步包括：

采集含有第一標記點的圖像數據；

基于所述含有第一標記點的圖像數據，獲取所述第一位置信息；

其中，所述第一標記點設置于所述待換電車輛。

本發明還提供了一種視覺定位換電系統，所述系統包括：

視覺定位單元，其用于獲取待換電車輛的第一位置信息；

控制單元，其用于使換電機器人到達目標換電位置的投影位置；以及

在所述換電機器人到達所述投影位置的情形下，使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，所述視覺定位單元設置于換電平臺的下方。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，

所述控制單元使所述換電機器人到達所述目標換電位置；

所述控制單元使所述換電機器人為所述待換電車輛更換所述儲能單元。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，所述換電系統還包括機械定位單元，所述機械定位單元用于在所述換電機器人以接近所述目標換電位置的方式移動的情形下與所述待換電車輛對準連接。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，所述系統還包括：

判斷單元，其用于驗證所述換電機器人是否到達所述投影位置。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，所述系統還包括計算單元，

所述視覺定位單元獲取所述換電機器人的第二位置信息；

所述計算單元基于所述第一位置信息與所述第二位置信息，計算所述待換電車輛和所述換電機器人的相對位置信息；

所述判斷單元在所述相對位置信息不大于設定閾值或處于設定閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人已到達所述投影位置。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，所述判斷單元在所述相對位置信息大于所述設定閾值或不處于所述設定閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人未到達所述投影位置。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，在所述換電機器人未到達所述投影位置的情形下，所述控制單元通過使所述換電機器人移動的方式使所述相對位置信息不大于所述設定閾值或處于所述閾值區間。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，所述視覺定位單元又包括視覺采集子單元和視覺計算子單元，

所述視覺采集子單元采集含有第二標記點的圖像數據；

所述視覺計算子單元基于所述含有第二標記點的圖像數據，計算所述第二位置信息；

其中，所述第二標記點設置于所述待換電機器人。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，所述系統還包括車輛定位單元，所述車輛定位單元用于使所述待換電車輛到達換電平臺的設定位置。

在上述視覺定位換電系統的優選技術方案中，

所述視覺采集子單元采集含有第一標記點的圖像數據；

所述視覺計算子單元基于所述含有第一標記點的圖像數據，計算所述第一位置信息；

其中，所述第一標記點設置于所述待換電車輛。

本領域技術人員能夠理解的是，在本發明的優選技術方案中，視覺定位換電方法包括從待換電車輛下方獲取待換電車輛的第一位置信息；使換電機器人到達目標換電位置的投影位置；在所述換電機器人到達所述投影位置的情形下，使換電機器人為待換電車輛更換儲能單元。可以看出，通過在待換電車輛下方獲取待換電車輛的第一位置信息的步驟，可以直接使換電機器人到達目標換電位置的投影位置，進而換電機器人能在該位置直接為待換電車輛進行更換儲能單元。也就是說，與背景技術中的文獻相比，本發明方法通過在待換電車輛下方獲取待換電車輛第一位置信息的方式，無需進行多次視覺定位便可以使換電機器人到達目標換電位置的投影位置，不僅精簡了換電過程中的定位步驟，而且還由于定位步驟的精簡而獲得了定位精度高和換電效率高的效果。

進一步地，本發明的優選技術方案中，在換電機器人為待換電車輛更換儲能單元之前，本發明還包括驗證換電機器人是否到達投影位置，這一步驟的設置使得在換電機器人為待換電車輛更換儲能單元之前，可以通過視覺定位單元獲取換電機器人的第二位置信息與待換電車輛的第一位置信息進行比較多的方式，驗證換電機器人是否準確到達投影位置，從而進一步提高本換電方法的實施成功率，保證了本方法運行的穩定性。

方案1、一種視覺定位換電方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

獲取待換電車輛的第一位置信息；

使換電機器人到達目標換電位置的投影位置；

在所述換電機器人到達所述投影位置的情形下，使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元。

方案2、根據方案1所述的視覺定位換電方法，其特征在于，“獲取待換電車輛的第一位置信息”的步驟進一步包括：

從所述待換電車輛下方獲取所述待換電車輛的所述第一位置信息。

方案3、根據方案1所述的視覺定位換電方法，其特征在于，“使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元”的步驟進一步包括：

使所述換電機器人到達所述目標換電位置；

使所述換電機器人為所述待換電車輛更換所述儲能單元。

方案4、根據方案3所述的視覺定位換電方法，其特征在于，“使所述換電機器人到達所述目標換電位置”的步驟進一步包括：

采用機械定位的方式使所述換電機器人以接近所述目標換電位置的方式移動；

使所述換電機器人到達所述目標換電位置。

方案5、根據方案3所述的視覺定位換電方法，其特征在于，在“使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元”的步驟之前，所述方法還包括：

驗證所述換電機器人是否到達所述投影位置。

方案6、根據方案5所述的視覺定位換電方法，其特征在于，“驗證所述換電機器人是否到達所述投影位置”的步驟進一步包括：

獲取所述換電機器人的第二位置信息；

基于所述第一位置信息與所述第二位置信息，計算所述待換電車輛和所述換電機器人的相對位置信息；

在所述相對位置信息不大于設定閾值或處于閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人已到達所述投影位置。

方案7、根據方案6所述的視覺定位換電方法，其特征在于，在所述相對位置信息大于所述設定閾值或不處于所述設定閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人未到達所述投影位置。

方案8、根據方案7所述的視覺定位換電方法，其特征在于，在所述換電機器人未到達所述投影位置的情形下，通過使所述換電機器人移動的方式使所述相對位置信息不大于所述設定閾值或處于所述閾值區間。

方案9、根據方案6所述的視覺定位換電方法，其特征在于，“獲取待換電機器人的第二位置信息”的步驟進一步包括：

采集含有第二標記點的圖像數據；

基于所述含有第二標記點的圖像數據，獲取所述第二位置信息；

其中，所述第二標記點設置于所述待換電機器人。

方案10、根據方案1至9中任一項所述的視覺定位換電方法，其特征在于，在“獲取待換電車輛的第一位置信息”的步驟之前，所述方法還包括：

使所述待換電車輛到達換電平臺的設定位置。

方案11、根據方案1至9中任一項所述的視覺定位換電方法，其特征在于，“獲取待換電車輛的第一位置信息”的步驟進一步包括：

采集含有第一標記點的圖像數據；

基于所述含有第一標記點的圖像數據，獲取所述第一位置信息；

其中，所述第一標記點設置于所述待換電車輛。

方案12、一種視覺定位換電系統，其特征在于，所述系統包括：

視覺定位單元，其用于獲取待換電車輛的第一位置信息；

控制單元，其用于使換電機器人到達目標換電位置的投影位置；以及

在所述換電機器人到達所述投影位置的情形下，使所述換電機器人為所述待換電車輛更換儲能單元。

方案13、根據方案12所述的視覺定位換電系統，其特征在于，所述視覺定位單元設置于換電平臺的下方。

方案14、根據方案13所述的視覺定位換電系統，其特征在于，

所述控制單元使所述換電機器人到達所述目標換電位置；

所述控制單元使所述換電機器人為所述待換電車輛更換所述儲能單元。

方案15、根據方案14所述的視覺定位換電系統，其特征在于，所述換電系統還包括機械定位單元，所述機械定位單元用于在所述換電機器人以接近所述目標換電位置的方式移動的情形下與所述待換電車輛對準連接。

方案16、根據方案15所述的視覺定位換電系統，其特征在于，所述系統還包括：

判斷單元，其用于驗證所述換電機器人是否到達所述投影位置。

方案17、根據方案16所述的視覺定位換電系統，其特征在于，所述系統還包括計算單元，

所述視覺定位單元獲取所述換電機器人的第二位置信息；

所述計算單元基于所述第一位置信息與所述第二位置信息，計算所述待換電車輛和所述換電機器人的相對位置信息；

所述判斷單元在所述相對位置信息不大于設定閾值或處于設定閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人已到達所述投影位置。

方案18、根據方案17所述的視覺定位換電系統，其特征在于，所述判斷單元在所述相對位置信息大于所述設定閾值或不處于所述設定閾值區間的情形下，判斷為所述換電機器人未到達所述投影位置。

方案19、根據方案18所述的視覺定位換電系統，其特征在于，在所述換電機器人未到達所述投影位置的情形下，所述控制單元通過使所述換電機器人移動的方式使所述相對位置信息不大于所述設定閾值或處于所述閾值區間。

方案20、根據方案17所述的視覺定位換電系統，其特征在于，所述視覺定位單元又包括視覺采集子單元和視覺計算子單元，

所述視覺采集子單元采集含有第二標記點的圖像數據；

所述視覺計算子單元基于所述含有第二標記點的圖像數據，計算所述第二位置信息；

其中，所述第二標記點設置于所述待換電機器人。

方案21、根據方案12至20中任一項所述的視覺定位換電系統，其特征在于，

所述系統還包括車輛定位單元，所述車輛定位單元用于使所述待換電車輛到達換電平臺的設定位置。

方案22、根據方案12至20中任一項所述的視覺定位換電系統，其特征在于，

所述視覺采集子單元采集含有第一標記點的圖像數據；

所述視覺計算子單元基于所述含有第一標記點的圖像數據，計算所述第一位置信息；

其中，所述第一標記點設置于所述待換電車輛。

附圖說明

下面參照附圖并結合為換電方式為底部換電的電動汽車更換動力電池來描述本發明的原理。其中，附圖為：

圖1是本發明的視覺定位換電方法的流程示意圖；

圖2a是本發明的視覺定位換電方法中獲取第一位置信息的過程圖(一)；

圖2b是本發明的視覺定位換電方法中獲取第一位置信息的過程圖(二)；

圖2c是本發明的視覺定位換電方法中獲取第一位置信息的過程圖(三)；

圖3是一種本發明的視覺定位換電方法的完整換電過程的流程圖；

圖4是本發明的視覺定位換電系統的系統結構示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發明的技術原理，并非旨在限制本發明的保護范圍。例如，雖然機械定位單元優選地為設置于換電機器人舉升機構上的定位銷，但是這種設置形式非一成不變，本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。

首先參照圖1，圖1是本發明的視覺定位換電方法的流程示意圖。如圖1所示，本發明提供了一種視覺定位換電方法，該方法主要包括以下步驟：

s100、使待換電的電動汽車到達換電平臺的設定位置。如可以通過換電平臺上設置的導向定位機構，使待換電的電動汽車到達換電平臺的設定位置。基于該設定位置并結合電動汽車的動力電池在電動汽車上的具體布置位置，可以進一步確定出換電機器人的目標換電位置。

s200、視覺定位單元獲取待換電的電動汽車的第一位置信息。如視覺定位單元設置于換電平臺下方的地面上，視覺定位單元包括若干個攝像頭，電動汽車的車底設置有與若干個攝像頭對應的第一標記點，如可以將電動汽車上設置的用于換電過程中用于與換電機器人上設置的定位銷匹配定位的定位孔作為第一標記點，視覺定位單元能夠通過攝像頭采集電動汽車底部一定范圍內包含定位孔的圖像并對該圖像進行分析處理的方式，獲得定位孔的位置信息，并且用定位孔的位置信息來表征電動汽車的第一位置信息。

s300、使換電機器人到達目標換電位置的投影位置。如位于換電機器人上的控制部基于獲得的第一位置信息，以控制換電機器人移動的方式使換電機器人大致處于目標換電位置的正下方。

s400、在所述換電機器人到達所述投影位置的情形下，使換電機器人為待換電的電動汽車更換動力電池。如通過位于換電機器人上的控制部控制換電機器人的舉升機構(如剪式舉升機構)到達目標換電位置，并且在到達目標換電位置后，控制部控制設置于舉升機構上的加解鎖機構(如用于緊固螺栓的緊固裝置)完成為電動汽車更換動力電池的動作。

需要說明的是，換電平臺的設定位置可以是待換電的電動汽車在進行換電作業時所停放的位置，并且此位置一般由設置于換電平臺上的相應的導向定位機構限制所得。如導向定位機構包括換電平臺上設置的v型導向定位槽(v型輥筒)、居中定位機構(橫向推桿)，其中v型輥筒可以限制電動汽車在前進方向(記為x方向)上的移動，即使得電動汽車在前進方向到達設定位置，而橫向推桿可以限制電動汽車在水平面上與前進方向垂直的方向上(記為y方向，并將與x方向、y方向組成的平面垂直的方向記為z方向)的移動，即使得電動汽車在前進方向在水平面上的垂直方向到達設定位置。通過限制電動汽車在x方向和y方向上的移動，最終使電動汽車大致停放在換電平臺的固定位置。目標換電位置可以是能夠使換電機器人為電動汽車更換動力電池的位置，如目標換電位置可以為動力電池在電動汽車車身上安裝位置的正下方的位置，換電機器人能夠到達該位置并順利地完成換電動作，如設置于換電機器人上的舉升機構通過舉升的方式到達該位置，之后通過設置于換電機器人上的加解鎖機構完成加解鎖動作，具體而言，將處于虧電狀態的動力電池從該安裝位置卸下或將處于滿電狀態的動力電池固定在該安裝位置的動作。

還需要說明的是，盡管本實施方式中所述的底部換電方式是基于換電機器人到達投影位置時，舉升機構通過以靠近電動汽車移動的方式到達目標換電位置進行換電作業的方式進行闡述的，但這種闡述僅僅是示例性的，本領域技術人員能夠理解的是，在換電機器人無需舉升機構便可以直接在電動汽車的底部進行換電作業的應用場景中，換電機器人到達投影位置也即到達目標換電位置。也就是說，此時投影位置與目標換電位置為同一位置。如在立體車庫內設置換電單元，在車停放至車位的情形下，可以在車位底部直接對車進行換電作業。

在一種可能的實施方式中，步驟s200又可以進一步包括如下步驟：

s210、視覺定位裝置采集含有第一標記點的圖像數據。如視覺定位裝置的攝像頭采集含有定位孔的圖像。

s220、基于圖像數據，獲取第一位置信息。如視覺定位裝置的計算單元根據采集到的含有定位孔的圖像進行處理得到定位孔的位置信息。如可選用定位孔的圖像與預先設置的目標圖像之間的相關性計算來獲得定位孔的坐標信息，進而將該坐標信息作為電動汽車的第一位置信息。

下面以相關系數作為圖像相關性評價指標為例，闡述第一位置信息的獲取方法。

下面參照圖2a、圖2b和圖2c，圖2a是本發明的視覺定位換電方法中獲取第一位置信息的過程圖(一)，圖2b是本發明的視覺定位換電方法中獲取第一位置信息的過程圖(二)，圖2c是本發明的視覺定位換電方法中獲取第一位置信息的過程圖(三)。

如圖2a、圖2b和圖2c所示，以電動汽車具有四個定位孔(分別為第一定位孔、第二定位孔、第三定位孔、第四定位孔)，每個定位孔對應一個攝像頭，獲取第一位置信息的計算方法可以是：

視覺定位單元采集含有定位孔的圖像(如圖2a所示)；

視覺定位單元計算待匹配圖像與實際采集到的圖像的相關性，得到相關系數(如圖2b所示)；

根據計算得到的相關系數最大值點的坐標，得到匹配圖像(如圖2c所示)。

具體而言，第一位置信息的獲得過程包括：

建立坐標系。由于視覺定位單元設置于換電平臺下方的地面上，與換電站平臺的相對位置不變，所以可以以視覺定位單元為基準，建立換電站的絕對坐標系(x,y,z)。

其中，x軸所對應的方向為電動汽車的前進方向，y軸所對應的方向為電動汽車的在水平面上與x方向垂直的方向，z軸所對應的方向為垂直于x軸和y軸確定的平面的方向。

可以令第一攝像頭的設置位置為坐標原點，即第一攝像頭在絕對坐標系中的位置坐標為c1＝(0,0,0)，相應地，設置第二攝像頭、第三攝像頭和第四攝像頭分別對應位置坐標分別為：c2＝(x2,y2,0)、c3＝(x3,y3,0)、c4＝(x4,y4,0)。

假設第一攝像頭的焦距為z，即攝像頭距離電動汽車的距離為z，則電動汽車上對應第一攝像頭焦距處的位置的視野中心的坐標為c1′＝(0,0,z)。相應地，換電平臺上對應第二攝像頭、第三攝像頭和第四攝像頭的視野中心的坐標分別為：c2′＝(x2,y2,z)、c3′＝(x3,y3,z)、c4′＝(x4,y4,z)。

在4個攝像頭計算得到對應的含有定位孔的4幅圖像后(即匹配圖像)，可以得到4個定位孔分別在各自匹配圖像的圖像坐標系中的圖像坐標(通常圖像坐標的單位為像素)，分別記錄為(r1,c1)、(r2,c2)、(r3,c3)、(r4,c4)。將上述圖像坐標轉化為針對攝像頭視野中心的絕對距離，并乘以像素分辨率，便可以得到4個定位孔在絕對坐標系中的絕對坐標。假設已知4個攝像頭的視野中心分別為像素(rc1,cc1)，(rc2,cc2)、(rc3,cc3)、(rc4,cc4)，并且每個攝像頭的像素分辨率均為res，則綜合上述數據可以得到與4個攝像頭相對應的4個定位孔在絕對坐標系中的絕對坐標分別為：

t1＝[(r1-rc1)×res,(c1-cc1)×res,z](1)

t2＝[(r2-rc2)×res+x2,(c2-cc2)×res+y2,z](2)

t3＝[(r3-rc3)×res+x3,(c3-cc3)×res+y3,z](3)

t4＝[(r4-rc4)×res+x4,(c4-cc4)×res+y4,z](4)

當然，圖像相關性的評價指標還有很多，本領域技術人員可以根據具體應用場景進行調整，如類似方法還有均方誤差、相關系數、直方圖匹配系數以及相對熵等。并且，在實際應用中，可能會基于實際工況，對攝像頭獲得的圖像做直方圖均衡，二值化，去噪等處理。

在一種可能的實施方式中，步驟s400又可以進一步包括：

s410、使換電機器人到達目標換電位置。如通過位于換電機器人上的控制部控制換電機器人的舉升機構(如剪式舉升機構)帶動位于舉升機構上的加解鎖機構(如用于緊固螺栓的緊固裝置)以靠近電動汽車的方式接近目標換電位置，也就是視覺定位的范圍內，然后通過舉升機構進一步舉升加解鎖機構的方式到達目標換電位置。當然，也可以在舉升機構上設置定位銷，使定位銷以靠近電動汽車，并且通過定位銷插入定位孔的方式使舉升機構到達目標換電位置。

s420、使換電機器人為待換電的電動汽車更換動力電池。如在舉升機構到達目標換電位置后，換電機器人上設置的加解鎖機構直接對電動汽車上的處于虧電狀態的動力電池進行解鎖的動作，并將處于虧電狀態的動力電池承載于舉升機構上。

也就是說，視覺定位裝置設置在換電平臺下方的地面上，在為換電方式為底部換電的電動汽車更換動力電池時，通過視覺定位裝置采集含有的定位孔的圖像并基于圖像計算出定位孔的坐標信息的方式，便可以直接得出電動汽車的第一位置信息，進而換電機器人的控制部能夠基于第一位置信息控制換電機器人精確到達目標換電位置的投影位置，并且無需其他定位裝置便可以對電動汽車直接進行動力電池的更換動作。這樣的設置方式和換電方法相對于背景技術中提到的視覺定位系統來說，減少了視覺定位單元的定位次數，提高了第一位置信息的結果準確性，進而提高了動力電池的更換過程的定位精度和成功率。并且，由于定位精度高，無需其他定位裝置，還可以起到精簡換電機器人的機械結構和精簡換電流程的效果，使得換電機器人在到達投影位置的情形下，可以直接對電動汽車進行動力電池的更換。

進一步地，為了進一步提高定位精準度和換電系統的穩定性，還可以在換電機器人基于第一位置信息到達投影位置或目標換電位置后，或者在換電機器人為待換電的電動汽車更換動力電池之前，即在步驟s300和s400之間，設置有驗證換電機器人是否到達投影位置的步驟(步驟s350)。

在一種可能的實施方式中，如可以利用視覺定位單元對換電機器人的當前位置做進一步的校準和驗證。驗證換電機器人是否到達投影位置的方法具體包括：

s350、在換電機器人到達投影位置后，視覺定位單元獲取換電機器人的第二位置信息。與采集第一位置信息的方法類似，換電機器人底部設置有第二標記點，如第二標記點可以為換電機器人底部邊角點或設置在換電機器人底部的標記圖形，或者在設置有定位銷的情況下，第二標記點還可以是換電機器人上設置的、用于與定位孔插合連接的定位銷等機械定位結構。視覺定位單元通過攝像頭拍攝換電機器人底部一定范圍內包含定位標記的圖像并對該圖像進行分析處理的方式，間接獲得定位銷的位置信息，并且用定位銷的位置信息來表征換電機器人的第二位置信息。當然，此步驟實現的前提是換電機器人的底部邊角點或標記圖形與定位銷存在固定的位置關系換算。

步驟s350又可以進一步包括如下步驟：

s351、視覺定位裝置采集含有第二標記點的圖像數據。如視覺定位裝置的攝像頭采集含有底部邊角點或標記圖形的圖像。

s352、基于圖像數據，獲取第二位置信息。如視覺定位裝置的計算單元根據采集到的含有底部邊角點或標記圖形的圖像進行處理得到含有底部邊角點或標記圖形的位置信息，進而利用含有底部邊角點或標記圖形與定位銷的位置關系計算得出定位銷的坐標信息。如依然可選用相關性計算等處理方法來計算底部邊角點或標記圖形的坐標信息，進而將基于該坐標信息得到的定位銷的位置信息作為換電機器人的第二位置信息。

s353、基于第一位置信息與第二位置信息，計算待換電車輛和換電機器人的相對位置信息。如換電機器人的計算單元求取第二標記點的坐標信息中的坐標值與第一標記點(定位孔)的坐標信息中的坐標值的差值，提取差值中在x軸方向和y軸方向上的坐標差值，并將兩個坐標差值作為相對位置信息。

當然，上述求取相對位置信息的方式并不唯一，本領域技術人員還可以基于具體應用環境對上述方法進行調整。如計算相對位置信息的方法還可以是：基于換電機器人建立機器人坐標系→建立機器人坐標系與絕對坐標系的映射關系→求取第二標記點在機器人坐標系中的坐標信息→利用映射關系將第二標記點的在機器人坐標系中的坐標信息映射到絕對坐標系，從而得到第二標記點在絕對坐標系中的坐標信息→基于第一標記點的坐標信息和第二標記點的坐標信息得到相對位置信息。

s354、比較相對位置信息與設定閾值/閾值區間。如設定閾值區間可以是基于緊固裝置對動力電池的緊固螺栓進行加解鎖過程中的允許誤差設定的某個區間，如設定閾值可以是(-0.5mm,+0.5mm)。

其中，在相對位置信息不處于設定閾值區間的情形下，判斷結果為換電機器人已到達投影位置，并執行步驟s400。也就是相對位置信息處于設定閾值區間時，換電機器人執行為電動汽車更換動力電池的動作。

其中，在相對位置信息未處于設定閾值的情形下，判斷為換電機器人未到達投影位置，基于相對位置信息，執行步驟s300。也就是相對位置信息未落入設定閾值對應的區間時，換電機器人沒有與電動汽車沒有對準，從而舉升平臺無法準確到達目標換電位置進行加解鎖動作，此時基于相對位置信息，對換電機器人進行微調，使調整后的相對位置信息處于設定閾值區間。

當然，對于在相對位置信息大于設定閾值的情形下，對換電機器人的調整除可以不采用執行步驟s300外，還可以用手動調節換電機器人的方法，即當獲得相對位置信息后，手動控制控制單元，對換電機器人的位置進行微調，直至換電機器人與電動汽車的相對位置信息處于設定閾值區間內。

可以看出，通過再次利用視覺定位單元獲取換電機器人的第二位置信息并與電動汽車的第一位置信息進行比較的方式，使本發明的換電方法在換電機器人到達投影位置后，可以再次利用視覺定位單元對定位精度進行驗證。也就是說，通過對定位步驟進行冗余設計的方式，提高了本發明的換電方法的成功率，保證了換電方法的運行穩定性。當然，上述方法旨在解釋本發明的原理，并非用于限制本發明的保護范圍，本領域技術人員還可以對具體的校驗步驟作相應的增加、刪除等調整。

下面參照圖3，圖3為一種本發明的視覺定位換電方法的完整換電過程的流程圖。

如圖3所示，在一種優選的實施方式中，本發明的視覺定位換電方法的完整流程可以是：

電動汽車駛入換電平臺→電動汽車在換電平臺完成粗定位(停至設定位置)→攝像頭獲取電動汽車的第一位置信息→控制系統控制換電機器人到達目標換電位置的投影位置→攝像頭獲取換電機器人的第二位置信息→判斷換電機器人是否準確到達投影位置→舉升機構以靠近電動汽車的方式移動，執行機械定位→加解鎖機構進行對電動汽車加解鎖操作。

應該指出的是，上述流程只是本發明的一種較佳的實施方式中，僅用來闡述本發明方法的原理，并非旨在限制本發明的保護范圍，本領域技術人員可以將本發明方法進行適當的增加、刪除或修改，以便本發明方法能夠應用于更具體的應用場景。如電動汽車開入換電平臺以及粗定位的過程并不是本發明的換電方法的必須步驟。

下面參照圖4，圖4是本發明的視覺定位換電系統的系統結構示意圖。

如圖4所示，本發明還提供了一種視覺定位換電系統，該換電系統主要包括視覺定位單元、控制單元、機械定位單元、判斷單元、計算單元、車輛定位單元。其中：

視覺定位單元主要用于獲取待換電的電動汽車的第一位置信息和換電機器人的第二位置信息。進一步地，視覺定位單元又包括視覺采集子單元和視覺計算子單元，視覺采集子單元主要用于采集含有第一標記點或第二標記點的圖像數據，視覺計算子單元主要用于基于所述圖像數據，計算第一位置信息和第二位置信息。

機械定位單元優選地為設置于換電機器人舉升機構上的定位銷，并且定位銷能夠與電動汽車上設置的定位孔插合連接。

優選地，視覺采集子單元可以為設置于換電平臺下方的地面上的攝像頭，視覺計算子單元可以為集成在攝像頭內的處理器。在電動汽車停至換電平臺的設定位置后，該視覺定位單元大致處于第一標記點的投影位置，也就是該視覺定位單元能夠采集大致位于其正上方的包含第一標記點的圖像數據。進一步地，在換電機器人到達目標換電位置后，視覺定位單元還能夠采集大致位于其正上方的換電機器人底部的包含第二標記點的圖像數據，也就是視覺定位單元的設置位置除大致處于第一標記點的投影位置外，還大致處于第二標記點的投影位置。

優選地，視覺定位單元可以為4個帶有處理器的攝像頭，第一標記點和第二標記點可以設置為分別設置在電動汽車上底部的4個定位孔和設置在換電機器人底部2個標記圖形。優選地，定位銷可以設置為2個，并且2個定位銷分別對應換電機器人底部的2個第二標記點。優選地，在定位銷與定位孔插合連接時，還可以在換電機器人的舉升機構與換電機器人的連接位置設置浮動單元，該浮動單元可以在定位銷與定位孔對準連接的過程中以小幅度移動的方式使定位銷與定位孔的連接更加容易，進而增加對準的成功率。如浮動單元可以是彈簧、板簧、彈性膠塊等彈性部件。

應該指出的是，上述設置方式并非一成不變，本領域技術人員在不違背本發明原理的前提下，可以對上述設置方式做出靈活的調整。如攝像頭還可以設置為2個、3個或任意數量個，其形式為雙目視覺相機等，并且攝像頭的設置位置還可以為換電平臺下方任一固定位置，如設置在固定架上等。再或者還可以在換電平臺下側底面和換電平臺下方的地面上同時配置攝像頭，使用地面上的攝像頭仍然采集包含定位孔的圖像，而使用設置于換電平臺下側底面的攝像頭直接采集換電機器人上含有定位銷的圖像。如第一標記點還可以是設置在電動汽車底部的標記圖形或其他任何可以用來作為標記點的形狀，第二標記點還可以直接采用換電機器人的底部邊角點替代等。

優選地，還可以在4個攝像頭上分別設置光源，并且該光源在攝像頭工作時可以自動打開，以便在攝像頭在采集圖像數據時提供輔助光線，從而使攝像頭能夠采集到質量更好的圖像數據，提高圖像分析時的準確性，進而增加定位的精準度和成功率。其中，輔助光源還可以設置于其他能夠提高采集圖像質量的任意位置，如設置在換電平臺的下地面上等。再或者輔助光源還可以采用帶有紅外功能的攝像頭直接替代等。

本領域技術人員能夠理解的是，上述優選的設置方式使得視覺定位單元可以在獲取電動汽車的第一位置信息的基礎上，進一步獲取換電機器人的第二位置信息，實現前述的對電動汽車到達投影位置的驗證功能，也就是提高了本發明方法的定位精度和成功率，并且通過這種冗余的設置方式還能夠防止由于系統出錯等引起的定位不準等情況的出現，提高了本方法在應用時的系統穩定性。采用攝像頭和標記點一一對應的設置方式可以不必拘泥于攝像頭的視角范圍限制，從而增大攝像頭的選擇范圍，也就是增加了本方法的普適性。

繼續參照圖4，控制單元主要用于控制換電機器人完成整個換電動作，如使換電機器人到達目標換電位置的投影位置、使舉升機構到達目標換電位置、使加解鎖機構為所述待換電的電動汽車更換動力電池的動作等。

計算單元主要用于基于第一位置信息與第二位置信息，計算待換電車輛和換電機器人的相對位置信息。如根據視覺定位單元獲取換第一位置信息和第二位置信息，計算第一位置信息與第二位置信息的坐標差值，并提取差值中在x方向和y方向上的坐標差值等。

判斷單元主要用于驗證換電機器人是否到達所述投影位置。如在視覺定位單元獲取換第一位置信息和第二位置信息后，根據第一位置信息與第二位置信息的坐標差值與設定閾值的比較結果，判斷坐標差值是否處于設定閾值區間，也就是換電機器人是否準確處于投影位置。

車輛定位單元主要用于是待換電的電動汽車到達換電平臺的設定位置。如通車輛定位單元是換電平臺上設置的v型導向槽和導向機構、通過v型導向槽和導向機構對待換電的電動汽車在x、y方向的限制，使待換電的電動汽車到達換電平臺的設定位置。

綜上所述，本發明的視覺定位換電方法及系統中，換電方法主要包括使待換電的電動汽車到達換電平臺的設定位置；視覺定位單元獲取待換電的電動汽車的第一位置信息；使換電機器人到達目標換電位置的投影位置；驗證換電機器人是否到達投影位置；驗證換電機器人是否到達目標換電位置；使換電機器人為待換電的電動汽車更換動力電池。換電系統主要包括設置于換電平臺下方地面上的視覺定位單元、控制單元、判斷單元、計算單元以及機械定位單元，視覺定位單元又包括視覺采集子單元和視覺計算子單元。相比于背景技術中引用的文獻來說，上述視覺定位換電方法由于只需獲取第一位置信息就可以完成換電，具有流程精簡、效率高的效果，而且利用視覺定位單元設置于換電平臺下方地面的設置方式，還能夠是視覺定位單元用于驗證換電機器人是否到達投影位置，進一步增加了本發明方法的定位精度和成功率。此外，視覺定位單元與標記點采用一一對應的設置方式，還增加了本方法的普適性，使得本方法能夠適用于更廣闊的應用場景，具有更好的推廣效果。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發明的保護范圍之內。