一种重卡换电的视觉抓取系统及抓取方法与流程

1.本发明属于电动车辆电池更换技术领域，具体来说，涉及一种重卡换电的视觉抓取系统及抓取方法。

背景技术：

2.电动卡车难以商用的原因在于其综合续航问题，要提高电动卡车的综合续航能力，除了增加电动卡车电池的容量，还需要提高电动卡车电池的补充速度。电池的补充方式有：慢充、快充、机械充电方式。电动卡车的运营要求高效率，所以对于时间效率要求很高。对于慢充和快充，其对于电池容量少的电动汽车而言，最快的充满时间需要一小时，而对于电动卡车而言，就算是一小时的时间成本也非常昂贵。而机械充电，即直接对电池进行更换，其对一辆电动汽车的电池更换时间仅需几分钟便可对电动汽车的电池更换完毕使其电量满状态。同样的，对于电动卡车，如果使用机械充电的方式，也将会使电动卡车的电池补充时间缩短在十分钟左右，而这将会使电动卡车的大规模商用化提供重要条件。
3.在专利号为cn201910895333.8的中国发明专利中，公开了一种电动卡车的电池更换装置，包括：轨道，固定于地面，为条形钢材；轨道车，由轨道车平台、轨道车驱动系统、防护罩构成，底部有轨道槽；机械臂，由机械臂基座、机械臂基座转动系统、第一节机械支臂、第一节机械支臂驱动电机、第一节机械支臂减速器、第二节机械支臂、第二节机械支臂驱动电机、第二节机械支臂减速器、工作臂、工作臂驱动电机、工作臂减速器构成；真空吸盘，固定于机械臂的工作臂；控制系统，由控制器、时间模块、控制模块、信号模块、定位模块、传感器模块、警报模块、并由电源为轨道车、机械臂、控制系统提供电力供应，所述传感器包括视觉传感器及红外线传感器；所述的真空吸盘安装在机械臂上，所述的机械臂安装于轨道车上，轨道车放置于轨道上并在轨道上移动，轨道车通过轨道槽将其限制在轨道内，所述的轨道以直线形式固定于地面，所述轨道以其任意一端为初始位置，所述轨道车的初始放置位置在轨道的初始位置处，所述的控制系统控制轨道车的移动，机械臂的运动，真空吸盘的工作。
4.现有专利中的缺陷在于，虽然实现了电动卡车的电池快速更换，以达到卡车电池的快速换电上电的效果；但不同生产厂家生产的电池大小或者电动卡车对应抓取结构的位置不定，导致每个电动卡车换电位置和抓取壁大小都有相应的区别，现有技术中缺乏对抓取位置调节，和电池位置及大小的视觉识别，导致上述问题均需要人工配合更换重卡电池。

技术实现要素：

5.针对现有每个电动卡车换电位置和抓取壁大小都有相应的区别，现有技术中缺乏对抓取位置调节和电池位置及大小的视觉识别的问题，本发明提供了一种重卡换电的视觉抓取系统及抓取方法。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种重卡换电的视觉抓取系统，包括3d相机、控制单元、3d智能定位系统和航吊机
械手；
8.3d相机采集电动重卡电池模组和固定电池模组的框架的轮廓建立3d模型，并将建立的3d模型传输至3d智能定位系统；
9.3d智能定位系统分析3d模型，计算得到电池模组和固定电池模组的框架的空间坐标信息；
10.控制单元用于接收空间坐标信息，并分析控制航吊机械手移动至对应抓取坐标点，对馈电电池进行取出动作，对蓄满电的电池进行抓取放置到固定位置处；
11.航吊机械手倒置在电动重卡的上方，通过控制单元的电动控制航吊机械手空间范围可任意移动至对应抓取坐标点和对应放置坐标点。
12.进一步地，3d相机采集固定电池模组的框架上端面的图片，输出为固定电池模组的框架上端面的点云图；固定电池模组的框架上端面由横纵杆交错连接组成。
13.进一步地，航吊机械手抓取点为横纵杆交错连接处。
14.进一步地，3d相机在采集固定电池模组的框架上端面的图片时，还采集一个固定尺寸参照物和固定尺寸参照物与固定电池模组的框架上端面的空间位置关系。
15.进一步地，计算电池模组和固定电池模组的框架的空间坐标信息采用等比例缩放方法；其等比例缩放方法包括：
16.s10、固定尺寸参照物在3d模型中的尺寸大小和点云坐标，与真实固定尺寸参照物尺寸大小和点云坐标作比得到虚拟3d模型和固定尺寸参照物尺寸大小的比值；
17.s20、固定电池模组的框架上端面在3d模型中的尺寸大小和点云坐标乘以上述步骤s10中的比值，得到固定电池模组的框架上端面各横纵杆的尺寸和连接点点云坐标。
18.进一步地，3d相机还实时采集航吊机械手的轮廓建立3d模型，并将建立的3d模型传输至3d智能定位系统；同时，通过3d智能定位系统分析计算得到航吊机械手的空间坐标信息；并通过控制单元综合计算航吊机械手的空间坐标信息与固定电池模组的框架上端面各抓取点的空间位移差值，择优选取最短移动路径抓取点，实现对固定电池模组的框架上端面的抓取。
19.一种重卡换电的视觉抓取方法，包括步骤：
20.s1、换电前高精度3d相机对电池进行轮廓扫描，并建立3d模型；
21.s2、3d相机根据扫描结果对电池的轮廓进行空间位置识别；
22.s3、航吊机械手根据3d相机系统计算的空间位置坐标，精准抓取馈电电池；
23.s4、航吊机械手抓取蓄满电的电池，通过3d相机计算的空间坐标，精准搬运并放置于卡车电池放置位置上。
24.本发明相比现有技术，具有如下有益效果：
25.通过3d相机和3d智能定位系统定位采集电动重卡电池模组和航吊机械手的3d模型，进而求得实际尺寸和空间位置坐标，从而通过控制单元控制航吊机械手对电动重卡电池模组进行精准快速的更换。
附图说明
26.图1为本发明一种重卡换电的视觉抓取系统的框架图；
27.图2为本发明一种重卡换电的视觉抓取方法的流程图。
28.图中标记说明：10-3d相机，20-控制单元，30-3d智能定位系统，40-航吊机械手，50-固定尺寸参照物，60-框架上端面，401-航吊升降齿轮组，402-机械手。
具体实施方式
29.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
30.如图1所示，一种重卡换电的视觉抓取系统，包括3d相机10、控制单元20、3d智能定位系统30和航吊机械手40；3d相机10采集电动重卡电池模组和固定电池模组的框架的轮廓建立3d模型，并将建立的3d模型传输至3d智能定位系统30；3d相机10采集固定电池模组的框架上端面60的图片，输出为固定电池模组的框架上端面60的点云图；固定电池模组的框架上端面60由横纵杆交错连接组成。横纵杆交错连接的电池模组的框架上端面60更利于棘爪抓取其连接点。
31.航吊机械手40抓取点为横纵杆交错连接处。横纵杆交错连接处抓取时整个固定电池模组的框架受力均匀，升降过程中不会倾倒或者侧翻。
32.3d智能定位系统30分析3d模型，计算得到电池模组和固定电池模组的框架的空间坐标信息；
33.控制单元20用于接收空间坐标信息，并分析控制航吊机械手40移动至对应抓取坐标点，对馈电电池进行取出动作，对蓄满电的电池进行抓取放置到固定位置处；
34.航吊机械手40240倒置在电动重卡的上方，通过控制单元20的电动控制航吊机械手40240空间范围可任意移动至对应抓取坐标点和对应放置坐标点。航吊机械手40包括航吊升降齿轮组401和机械手402；航吊升降齿轮组401提供竖直方向上的移动，机械手402采用滑轨滑块结构，滑块底面安装有棘爪，通常情况下所有棘爪在四个滑块的作用下，回收在中部聚拢，当滑轨升降到固定电池模组的框架上端面60的时候，再驱动滑块向两端移动至横纵杆交错连接处停止，然后启动航吊升降齿轮组401将整个电动重卡电池模组及框架抓起。
35.3d相机10在采集固定电池模组的框架上端面60的图片时，还采集一个固定尺寸参照物50和固定尺寸参照物50与固定电池模组的框架上端面60的空间位置关系。固定尺寸参照物50作为参照物，便于计算固定电池模组的框架的尺寸和抓取点的坐标数值。
36.计算电池模组和固定电池模组的框架的空间坐标信息采用等比例缩放方法；其等比例缩放方法包括：
37.s10、固定尺寸参照物50在3d模型中的尺寸大小和点云坐标，与真实固定尺寸参照物50尺寸大小和点云坐标作比得到虚拟3d模型和固定尺寸参照物50尺寸大小的比值；
38.s20、固定电池模组的框架上端面60在3d模型中的尺寸大小和点云坐标乘以上述步骤s10中的比值，得到固定电池模组的框架上端面60各横纵杆的尺寸和连接点点云坐标。固定尺寸参照物50选取的参照点不同，其固定电池模组的框架上端面60计算得到的尺寸和连接点点云坐标可能有一定的误差性，可以进一步采用均值法或者削峰填谷法得到一个较为精确的真实映射值。
39.3d相机10还实时采集航吊机械手40的轮廓建立3d模型，并将建立的3d模型传输至3d智能定位系统30；同时，通过3d智能定位系统30分析计算得到航吊机械手40的空间坐标
信息；并通过控制单元20综合计算航吊机械手40的空间坐标信息与固定电池模组的框架上端面60各抓取点的空间位移差值，择优选取最短移动路径抓取点，实现对固定电池模组的框架上端面60的抓取。航吊机械手40的轮廓模型为了进一步获取航吊机械手40各项真实数值，便于控制单元20计算航吊机械手40抓取固定电池模组的框架的最优路径和最省力抓取点。
40.如图2所示，一种重卡换电的视觉抓取方法，包括步骤：s1、换电前高精度3d相机10对电池进行轮廓扫描，并建立3d模型；s2、3d相机10根据扫描结果对电池的轮廓进行空间位置识别；s3、航吊机械手40根据3d相机10系统计算的空间位置坐标，精准抓取馈电电池；s4、航吊机械手40抓取蓄满电的电池，通过3d相机10计算的空间坐标，精准搬运并放置于卡车电池放置位置上。
41.以上对本技术提供的一种重卡换电的视觉抓取系统及抓取方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本技术的系统及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种重卡换电的视觉抓取系统，其特征在于，一种重卡换电的视觉抓取系统，包括3d相机(10)、控制单元(20)、3d智能定位系统(30)和航吊机械手(40)；3d相机(10)采集电动重卡电池模组和固定电池模组的框架的轮廓建立3d模型，并将建立的3d模型传输至3d智能定位系统(30)；3d智能定位系统(30)分析3d模型，计算得到电池模组和固定电池模组的框架的空间坐标信息；控制单元(20)用于接收空间坐标信息，并分析控制航吊机械手(40)移动至对应抓取坐标点，对馈电电池进行取出动作，对蓄满电的电池进行抓取放置到固定位置处；航吊机械手(40)倒置在电动重卡的上方，通过控制单元(20)的电动控制航吊机械手(40)空间范围可任意移动至对应抓取坐标点和对应放置坐标点。2.根据权利要求1所述的一种重卡换电的视觉抓取系统，其特征在于，3d相机(10)采集固定电池模组的框架上端面(60)的图片，输出为固定电池模组的框架上端面(60)的点云图；固定电池模组的框架上端面(60)由横纵杆交错连接组成。3.根据权利要求2所述的一种重卡换电的视觉抓取系统，其特征在于，航吊机械手(402)(40)抓取点为横纵杆交错连接处。4.根据权利要求3所述的一种重卡换电的视觉抓取系统，其特征在于，3d相机(10)在采集固定电池模组的框架上端面(60)的图片时，还采集一个固定尺寸参照物(50)和固定尺寸参照物(50)与固定电池模组的框架上端面(60)的空间位置关系。5.根据权利要求4所述的一种重卡换电的视觉抓取系统，其特征在于，计算电池模组和固定电池模组的框架的空间坐标信息采用等比例缩放方法；其等比例缩放方法包括：s10、固定尺寸参照物(50)在3d模型中的尺寸大小和点云坐标，与真实固定尺寸参照物(50)尺寸大小和点云坐标作比得到虚拟3d模型和固定尺寸参照物(50)尺寸大小的比值；s20、固定电池模组的框架上端面(60)在3d模型中的尺寸大小和点云坐标乘以上述步骤s10中的比值，得到固定电池模组的框架上端面(60)各横纵杆的尺寸和连接点点云坐标。6.根据权利要求5所述的一种重卡换电的视觉抓取系统，其特征在于，3d相机(10)还实时采集航吊机械手(40)的轮廓建立3d模型，并将建立的3d模型传输至3d智能定位系统(30)；同时，通过3d智能定位系统(30)分析计算得到航吊机械手(40)的空间坐标信息；并通过控制单元(20)综合计算航吊机械手(40)的空间坐标信息与固定电池模组的框架上端面(60)各抓取点的空间位移差值，择优选取最短移动路径抓取点，实现对固定电池模组的框架上端面(60)的抓取。7.一种重卡换电的视觉抓取方法，其特征在于，包括步骤：s1、换电前高精度3d相机(10)对电池进行轮廓扫描，并建立3d模型；s2、3d相机(10)根据扫描结果对电池的轮廓进行空间位置识别；s3、航吊机械手(40)根据3d相机(10)系统计算的空间位置坐标，精准抓取馈电电池；s4、航吊机械手(40)抓取蓄满电的电池，通过3d相机(10)计算的空间坐标，精准搬运并放置于卡车电池放置位置上。

技术总结

本发明公开一种重卡换电的视觉抓取系统及抓取方法，其系统包括3D相机、控制单元、3D智能定位系统和航吊机械手；3D相机采集固定电池模组的框架的轮廓建立3D模型，并将建立的3D模型传输至3D智能定位系统；3D智能定位系统计算得到电池模组和固定电池模组的框架的空间坐标信息；控制单元用于接收空间坐标信息，控制航吊机械手移动至对应抓取坐标点，对电动重卡电池进行更换；航吊机械手倒置在电动重卡的上方。通过3D相机和3D智能定位系统定位采集电动重卡电池模组和航吊机械手的3D模型，进而求得实际尺寸和空间位置坐标，从而通过控制单元控制航吊机械手对电动重卡电池模组进行精准快速的更换。速的更换。速的更换。