确定电池箱的位置的方法及拆换电池箱的方法

本申请涉及电动车辆的技术领域，特别涉及一种确定电池箱的位置的方法以及一种拆换电池箱的方法。

随着新能源汽车的普及，如何有效地为能量不足的汽车提供快速有效的能量补给称为车主和各大车辆厂商非常关注的问题。以电动汽车为例，当前主流的能量补给方案包括充电方案和电池更换方案。相对于充电方案，电池更换方案由于可以在很短的时间完成动力电池的更换且对动力电池的使用寿命没有明显的影响，因此是电能补给的主要发展方向之一。

电池更换方案一般在充换电站内完成，充换电站内设置有存放电池的电池架和换电平台，以及在电池架和换电平台之间运载满电/亏电电池的换电小车，例如轨道导引车(Rail Guided Vehicle，RGV)。换电小车通过在电池架和换电平台之间往复行驶，完成电池的运输以及更换。然而，车辆在不同的停泊情况下，其上的电池箱的位置和姿态不尽相同。为了使换电小车能够快速准确地更换车辆上的电池箱，需要准确地识别电池箱的位置。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提出了一种确定电池箱的位置的方法、拆换电池箱的方法以及存储计算机程序指令的非易失性存储介质。

为此，本发明的第一方面提供了一种确定电池箱的位置和姿态的方法，其中该方法包括：

获取换电站的m个摄像机中的每个的定位模型；

将m个摄像机的定位模型的加权和设置为位置估计模型；

获取换电站中的n个参照点的物方坐标；

根据上述物方坐标和基于位置估计模型的预测物方坐标，求解位置估计模型的m个权重系数；

获取车辆的电池箱的特征点在m个摄像机中的摄像机坐标；以及

将上述摄像机坐标代入位置估计模型，确定电池箱的位置。

在本申请的实施方式中，基于对多个摄像机的定位模型的加权组合，降低了摄像机的单个定位模型可能出现的特征提取误差和世界坐标的测量误差所引起的标定误差；特别地，不是通过对多个定位模型的估计结果进行平均，而是对多个定位模型采用了不同的加权系数，充分考虑到每个摄像机点位的置信度。通过本申请的方法，有效降低了标定误差导致的估计偏差，可以获得更准确的位置估计模型，从而能够更精确地定位电池箱的位置。

在一些实施方式中，求解位置估计模型的m个权重系数的步骤 包括：

以n个参照点的物方坐标与预测物方坐标的误差的平方和最小为目标函数，并且以m个权重系数w

在一些实施方式中，根据拉格朗日乘数法求出m个权重系数w

在一些实施方式中，求m个权重系数w

根据拉格朗日乘数法求出m个权重系数w

在一些实施方式中，该方法包括：

获取上述n个参照点在m个摄像机中的摄像机坐标；以及

将上述n个参照点的摄像机坐标代入位置估计模型，获得上述n个参照点的基于位置估计模型的预测物方坐标。

在一些实施方式中，该方法包括：

将上述特征点的摄像机坐标代入位置估计模型，获得这些特征点的估计位置；以及

根据这些特征点的估计位置确定电池箱的位置和/或姿态。

在本申请的实施方式中，不仅能够准确确定电池箱的位置，而且能够准确确定电池箱的姿态，有利于后续拆装车辆上的电池箱。

在本申请的优选实施方式中，获取单个摄像机的定位模型的步骤包括：

获取上述n个参照点的物方坐标P

获取上述n个参照点在摄像机坐标系下的摄像机坐标Q

将物方坐标P

将上述n个参照点的物方坐标P

根据空间共线性方程Q

以上述n个参照点的空间共线性误差向量的平方和最小化

将旋转矩阵R的第k次估计R

将旋转矩阵R的第k次估计R

基于旋转矩阵R的第k次估计R

以及

迭代计算上述n个参照点的空间共线性误差向量的平方和，直至上述n个参照点的空间共线性误差向量的平方和小于预设的最大误差阈值，得到旋转矩阵R和平移向量T的预测结果。

在一些实施方式中，获取单个摄像机的定位模型的步骤包括：

随机生成旋转矩阵的初始值R

将旋转矩阵R的初始值R

将旋转矩阵R的初始值R

本领域技术人员应理解，除了采用上述正交迭代算法来计算单个摄像机的定位模型，还可以采用点特征算法、双平行线特征算法、对 不同参考点应用加权系数的加权正交迭代算法或任何其他适合于计算单个摄像机的定位模型的算法。

本申请的第二方面提供了一种存储计算机程序指令的非易失性存储介质，所述计算机程序指令在由计算机处理器执行时使所述处理器执行根据本申请的第一方面所述的确定电池箱的位置的方法。

本申请的第三方面提供了一种拆换电池箱的方法，所述方法包括：

根据本申请的第一方面所述的确定电池箱的位置的方法获得车辆上的电池箱的估计位置；

根据该电池箱的估计位置，控制换电车准确找到该车辆上的电池箱；以及

由该换电车拆换该车辆上的电池箱。

在本申请的一些实施方式中，由该换电车拆换该车辆上的电池箱的步骤包括：

由该换电车拆卸该车辆上的亏电电池箱；

将该换电车上的电池箱与码垛机上的满电电池箱进行交换；以及

由该换电车将上述满电电池箱安装到该车辆的电池箱安装位置。

在本申请的实施方式中，通过本申请的拆换电池箱的方法，可以精确定位到电池箱，使得换电车能够快速找到电池箱并且换电车在拆卸和安装电池箱的过程中稳定可靠，节约了拆装电池箱的时间，提高了电池更换效率。

本申请的第四方面提供了一种存储计算机程序指令的非易失性存储介质，所述计算机程序指令在由计算机处理器执行时使所述处理 器执行本申请的第三方面所述的拆换电池箱的方法。

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。在附图中：

图1例示了根据本申请的一个实施方式的确定电池箱的位置的方法的流程图；

图2例示了根据本申请的一个实施方式的获取单个摄像机的定位模型的方法的流程图；

图3例示了根据本申请的一个实施方式的拆换电池箱的方法的流程图；以及

图4例示了根据本申请的一个实施方式的拆换电池箱的方法的流程图。

下面将结合附图对本申请的实施方式进行详细的描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语 只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。

如果在本说明书或权利要求中按顺序陈述步骤，这未必意味着实施方式或方面限于所陈述的顺序。相反，可以想象还以不同的顺序或者彼此并行地执行所述步骤，除非一个步骤建立在另一步骤上，这绝对需要建立的步骤随后执行(然而这将在个体情况下会变得清晰起来)。因此，所陈述的顺序可以是优选的实施方式。

发明人在实践中发现，常规的传感器很难准确地测量出电池箱的位置信息，例如，激光传感器需要在电池箱上安装反光板且激光传感器自身的精度对测量的准确性影响很大，而惯性导航传感器往往获取的电池箱的位置信息和姿态信息的精度达不到更换电池箱的要求。此外，发明人发现，基于视觉信息对电池箱的位置进行估计采用的算法，诸如正交迭代算法，存在由受噪声影响的特征提取误差和世界坐标的测量误差所引起的矩阵标定误差，这些误差可能导致位置估计出现较大的偏差，影响电池更换过程。

基于以上发现，为了降低单个摄像机对位置估计可能出现的较大偏差，本发明人设计了一种确定电池箱的位置的方法，通过采用对多个摄像机的定位模型加权组合的位置估计模型，充分考虑了每个测量点位的测量置信度，有效降低了摄像机的单个定位模型的矩阵标定误差导致的位置估计偏差，确保了电池更换过程的快速和稳定。

图1例示了根据本申请的一个实施方式的确定电池箱的位置的方法100的流程图。如图1所示，在步骤102，获取换电站的m个摄像机中的每个的定位模型，其中m是大于或等于2的正整数。在步骤104，将m个摄像机的定位模型的加权和设置为电池箱的位置估计模型，其中每个摄像机的定位模型具有一个权重系数w

在求得了位置估计模型的m个权重系数w

在本申请中，术语“物方空间坐标系”，也被称为“世界坐标系”， 是描述环境中任何物体的位置的基准坐标系。在一些实施方式中，物方空间坐标系可以是基于地面、其他参照物等的基准坐标系。在本申请中，术语“摄像机坐标系”以摄像机的光心为原点，以摄像机的光轴为Z轴，以从摄像机向右为X轴，以从摄像机向上为Y轴。

在本申请的一些实施方式中，求解位置估计模型的m个权重系数的步骤包括：

以n个参照点的物方坐标P

在本申请的一些具体实施方式中，求m个权重系数w

在本申请的一些具体实施方式中，根据拉格朗日乘数法求出所述m个权重系数w

在一些实施方式中，获取n个参照点在m个摄像机中的摄像机坐标，然后将n个参照点的摄像机坐标代入上述位置估计模型，获得n个参照点的基于上述位置估计模型的预测物方坐标Q

在本申请的一些实施方式中，该方法包括：

将电池箱的特征点的摄像机坐标代入上述位置估计模型，获得这些特征点的估计位置；以及

根据这些特征点的估计位置确定电池箱的位置和/或姿态。

在本申请的实施方式中，不仅能够准确确定电池箱的位置，而且能够准确确定电池箱的姿态，有利于后续拆装车辆上的电池箱。

图2例示了根据本申请的一个实施方式的获取单个摄像机的定位模型的方法的流程图。如图2所示，在步骤202，获取n个参照点的物方坐标P

在步骤208，将n个参照点的物方坐标P

在步骤210，根据空间共线性方程Q

其中I为单位矩阵。

然后，在步骤214，随机生成旋转矩阵R的初始值R

在步骤218，将旋转矩阵R的第k次估计R

在步骤220，基于旋转矩阵R的第k次估计R

例如，将旋转矩阵R的初始值R

在步骤222，基于旋转矩阵R的第k次估计R

通过图2中所描述的方法，可以获得m个摄像机的定位模型，并且可以获得m个摄像机下的参考标记点(也被称为“参照点”)的位置估计结果。图2中所描述的正交迭代算法是本申请的计算单个摄像机的定位模型的优选实施方式，本领域技术人员应理解，还可以采用点特征算法、双平行线特征算法、对不同参考点应用加权系数的加权正交迭代算法或任何其他适合于计算单个摄像机的定位模型的算法。

本领域技术人员应理解，摄像机除了具有外参之外还具有内参，摄像机的内参是摄像机的像素平面与摄像机坐标系之间转换参数。在步骤204中，首先获得参照点在摄像机的像素平面内的像点坐标，然后根据摄像机的内参将像素平面内的像点坐标转换到在摄像机坐标系下，以获取参照点的摄像机坐标Qi。本领域已知多种方法来获取摄像机的内参，在此不再累述。

图3例示了根据本申请的一个实施方式的拆换电池箱的方法的流程图。如图3所示，在步骤302，基于本申请的加权组合模型算法，获得车辆上的电池箱的估计位置；在步骤304，根据电池箱的估计位置，控制换电车准确找到车辆上的电池箱；最终，在步骤306，由换电车拆换车辆上的电池箱。

图4例示了根据本申请的一个实施方式的拆换电池箱的方法的流程图。如图4所示，在步骤402，基于加权组合模型算法，获得电池箱的位置和姿态；在步骤404，将电池箱的位置和姿态数据传送至换电站控制器；在步骤406，换电站控制器发送指令，控制RGV小车移动到车底对准亏电电池箱；在步骤408，RGV小车上升拆卸亏电电池箱。由于能够准确地获得电池箱的位置和姿态，所以RGV小车能够准确地移动到车底的拆卸位置，对电池箱进行拆卸，而不用在到达车底后由于位置不准确导致需要不断调整RGV小车的位置来对准亏电电池箱。

在步骤410，将RGV小车上的电池箱与码垛机上的满电电池箱进行交换；在步骤412，将RGV小车上的满电电池箱安装到车辆的 电池箱安装位置。在本申请的实施方式中，车辆的电池箱安装位置时在步骤402所获得的电池箱的位置，携带满电电池箱的RGV小车根据该位置移动到车底，对准车辆的电池箱安装位置安装满电电池箱。

根据图3和图4所描述的拆换电池箱的方法能够准确地确定车辆上的电池箱的位置，使得换电车能够准确地找到电池箱，进行车辆上的电池箱的拆解，减少了换电车的移动距离，节约了拆装电池箱的时间。此外，正是由于能够准确地定位电池箱，换电车在拆卸和安装电池箱的过程能够保证稳定可靠，节约拆装电池箱的时间，提高换电效率。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。