一种物体姿态测算方法及换电小车

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种物体姿态测算方法及换电小车。

背景技术

随着新能源汽车技术与服务不断升级完善，社会大众的接受度不断提高，新能源汽车越来越普及，与之配套的新能源充换电站也越来越多的进入人们的视野，但是在电池拆装的过程中仍然存在不足，如因车辆位置的偏移或者倾斜，导致加解锁机构在拆装电池的时候发生卡死或其他拆装失败的现象，导致换电故障率高、维修频率高、维修费用高等问题。

虽然一部分换电站中使用的换电小车上具有倾角调节装置，通过倾角调节装置能够根据电池的姿态来调整换电小车的姿态，使得换电小车与电池的底部贴合，能够避免上述卡死等异常现象，但是电池姿态的获取较为困难，通常使用深度相机来获取电池的姿态，虽然深度相机能够较好的测量电池在竖直方向上的倾斜姿态，但是当电池底部存在泥沙、碎石等杂质时，对深度相机的测量结果产生较大的影响，严重降低测量的准确性；并且当电池同时存在竖直倾斜和水平偏转的情况下，深度相机无法精准获取电池的真实姿态。

因此，需要一种能够精确快速的获取电池的真实姿态，能够同时解决电池的竖直倾斜姿态和水平偏转姿态的物体姿态测算方法及换电小车。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种物体姿态测算方法及换电小车。

本发明技术方案如下所述：

一种物体姿态测算方法，所述换电方法包括：

S1：建立坐标系，以一个激光测距仪的初始位置为原点，以激光测距仪的水平运动方向为X轴，以水平面上垂直X轴的方向为Y轴，以竖直方向为Z轴；

S2：采用至少两个激光测距仪获取物体底部若干测量点的坐标值，至少两个激光测距仪在水平方向的运动轨迹不重合；

采用CCD相机拍摄物体底部的物体图像；

S3：根据各测量点的坐标值，计算出物体的竖直倾斜姿态；根据物体图像的坐标位置与标准图像的坐标位置进行对比分析，计算出物体的水平偏转姿态；

S4：将竖直倾斜姿态和水平偏转姿态结合，获得物体姿态。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，至少两个所述激光测距仪的运动轨迹平行。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述激光测距仪的运动轨迹在同一水平面上。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，当所述激光测距仪的读数出现高度变化后，开始获取所述激光测距仪的X轴、Y轴坐标值作为所述测量点的X轴、Y轴坐标值，获取所述激光测距仪的高度值作为所述测量点的Z轴坐标值。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，当出现与相邻的测量点在高度上存在明显差异的异常测量点时，将所述异常测量点剔除，绘制成一条直线。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述物体下表面设有至少两个标记点，根据所述物体图像位置中的标记点位置与标准图像中的标记点位置进行对比分析，计算出所述物体的水平偏转姿态。

作为本发明的进一步改进，所述竖直倾斜姿态包括所述物体的竖直倾斜方向、竖直高度以及竖直倾斜角度；所述水平偏转姿态包括所述物体的水平偏移方向、水平偏移距离以及水平偏转角度。

一种换电小车，包括框架，若干所述激光测距仪和所述CCD相机均设置在所述框架的上表面；当所述换电小车拆卸车辆上的电池前，采用上述的物体姿态测算方法，获取电池的姿态；当所述换电小车安装电池前，采用上述的物体姿态测算方法，获取电池安装支架的姿态。

作为本发明的进一步改进，所述激光测距仪设置在所述框架先到达所述电池下方的一端。

作为本发明的进一步改进，还包括控制端，所述控制端接收所述激光测距仪和所述CCD相机的数据信号，所述控制端对所述数据信号进行整理和分析，测算出电池姿态或电池安装支架的姿态。

根据上述方案的本发明，本发明的有益效果在于：

本发明通过激光测距仪获取物体的竖直倾斜姿态，通过CCD相机获取物体的水平偏转姿态，将激光测距仪和CCD相机相结合，能够解决物体同时存在竖直倾斜姿态和水平偏转姿态的问题，能够精确快速的获取物体的真实姿态。

附图说明

图1是本发明第一实施例的流程图；

图2是本发明第二实施例的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参见图1，本发明提供一种物体姿态测算方法，包括：

S1：建立坐标系，以一个激光测距仪的初始位置为原点，以激光测距仪的水平运动方向为X轴，以水平面上垂直X轴的方向为Y轴，以竖直方向为Z轴；

S2：采用至少两个激光测距仪获取物体底部若干测量点的坐标值，当激光测距仪的读数出现高度变化后，开始获取激光测距仪的X轴、Y轴坐标值作为测量点的X轴、Y轴的坐标值，获取激光测距仪的高度值作为测量点的Z轴的坐标值，当激光测距仪的读数再一次发生变化后，停止获取激光测距仪的X轴、Y轴坐标值以及高度值；由于各车辆的物体放置位置和放置高度相似，没有明显的差别，也可以对激光测距仪设置合理的高位阈值和低位阈值，高位阈值为统计出的最高车型以及各轮胎保持最高胎压的物体高度，低位阈值为统计出的最低车型以及各轮胎保持最低胎压的物体高度，能够覆盖所有的车辆物体高度，当激光测距仪的读数落在两个阈值之间后，开始获取激光测距仪的X轴、Y轴坐标值作为测量点的X轴、Y轴的坐标值，获取激光测距仪的高度值作为测量点的Z轴的坐标值，各个测量点在坐标系中通过坐标值确定各自的位置，当激光测距仪的读数离开两个阈值之间后，停止获取激光测距仪的X轴、Y轴坐标值以及高度值；至少两个激光测距仪在水平方向的运动轨迹不重合，避免多个激光测距仪的运动轨迹为多条仅高度不同的平行直线，则多个激光测距仪达到的效果与只使用一个激光测距仪的效果相同，只能获取一组测量点的坐标值，即所有测量点均在一条直线上，无法为后续的竖直倾斜姿态提供有效的测算数据；

优选的，激光测距仪的运动轨迹在同一平面上，即所有激光测距仪的激光发射端均在同一水平面上，统一了所有测量点的基准高度，便于测量点的高度值计算。

当激光测距仪的运动轨迹不平行时，通过各组测量点的坐标值以及各运动轨迹之间形成的夹角，测量物体的竖直倾斜姿态，由于不能保证测量点能够覆盖物体的底部，会导致测量误差的增大，因此，优选的，所有激光测距仪的运动轨迹均平行，实现激光测距仪的运动方向的统一，获取的测量点整齐规范，能够实现各组测量点之间保持一定的距离，尽可能的覆盖物体底部，为后续测量物体的竖直倾斜姿态提供全面、完整的数据，减少误差。

采用CCD相机拍摄物体底部的物体图像；

S3：根据各测量点的坐标值，在坐标系中确定各个测量点的位置，将每个激光测距仪获取的一组测量点连接起来，由于物体底部存在泥沙、碎石等杂质，导致各个测量点不在同一直线上，因此，各个测量点连接起来形成一条折线，通过折线能够更直观的观察测量点的高度变化，若出现相邻的测量点在高度上存在明显差异的异常测量点时，判断此处存在杂质，将该异常测量点剔除，再将剩下的测量点连接起来，由于异常测量点的剔除，剩下的测量点之间的高度值没有明显变化，各组测量点绘制成一条直线，当物体水平放置，即车辆的各个轮胎的胎压保持相同时，所有测量点的高度都相同，该直线呈一水平直线，当物体在竖直方向上发生倾斜，即车辆的至少一个轮胎的胎压与其他轮胎的胎压不同时，该直线向同一方向逐渐升高或者逐渐降低，呈一斜向上或者斜向下的直线，根据至少两条直线，能够计算出物体的竖直倾斜姿态，物体的竖直倾斜姿态包括物体的竖直倾斜方向、竖直高度以及竖直倾斜角度；

竖直倾斜方向：物体打破水平状态，物体围绕中心在竖直方向上发生向下倾斜的方向；

竖直高度：物体各点在竖直方向上发生的位移量；

竖直倾斜角度：物体向下倾斜的角度，即物体的各点与中心之间变化的角度；

根据物体图像的坐标位置与标准图像的坐标位置进行对比分析，计算出物体的水平偏转姿态，物体的水平偏转姿态包括物体的水平偏移方向、水平偏移距离以及水平偏转角度；

标准图像：物体无水平偏转的图像，预设一个物体的下表面处于水平状态的图像作为标准图像；

水平偏移方向：在水平坐标系中，物体发生位移的方向；

水平偏移距离：物体发生的X轴方向与Y轴方向的位移量；

水平偏转角度：物体的各点围绕物体的中心发生水平偏转的角度；

优选的，物体下表面设有至少两个标记点，根据物体图像位置中的标记点位置与标准图像中的标记点位置进行对比分析，计算出物体的水平偏转姿态。

S4：将竖直倾斜姿态和水平偏转姿态结合，获得物体姿态。

本发明通过激光测距仪获取物体的竖直倾斜姿态，通过CCD相机获取物体的水平偏转姿态，将激光测距仪和CCD相机相结合，能够解决物体同时存在竖直倾斜姿态和水平偏转姿态的问题，能够精确快速的获取物体的真实姿态。

一种换电小车，包括框架，若干激光测距仪和CCD相机均设置在框架的上表面，激光测距仪设置在框架先到达电池下方的一端，保证激光测距仪能够经过电池的底部，完整地测量电池的高度。

优选的，换电小车还包括控制端，控制端接收激光测距仪和CCD相机的数据信号，控制端对数据信号进行整理和分析，测算出电池姿态。

参见图2，基于激光测距仪和CCD在换电小车上的应用，本发明提供一种将物体姿态测算方法应用于换电小车的实施例，包括：

S1：建立坐标系，以一个激光测距仪的初始位置为原点，以换电小车的水平运动方向为X轴，以水平面上垂直X轴的方向为Y轴，以竖直方向为Z轴，此坐标系在换电小车出厂前已经设定完毕，且在使用过程中无需变动，因此在实际电池姿态的测算过程中无需重复建立坐标系；

S2：换电小车向电池方向运动，此时激光测距仪的读数大于高位阈值，因此，激光测距仪不获取当时的X轴、Y轴坐标值，当激光测距仪到达电池下方后，激光测距仪的读数落到高位阈值和低位阈值之间，此时，开始获取激光测距仪的X轴、Y轴坐标值作为测量点的X轴、Y轴的坐标值，获取激光测距仪的高度值作为测量点的Z轴的坐标值，当激光测距仪的读数离开高位阈值和低位阈值之间后，或者换电小车到达设定位置，停止运动后，停止获取激光测距仪的X轴、Y轴坐标值以及高度值，并将测量点的坐标值传输至控制端；

当换电小车运动到设定位置后，换电小车上的CCD相机拍摄电池底部的电池图像；

设定位置：换电小车到达电池底部的位置，此时激光测距仪从电池的一端运动到了另一端，完成了电池底部测量点的高度测量。

S3：控制端根据各测量点的坐标值，在坐标系中确定各个测量点的位置，控制端通过对各测量点的高度值比对，剔除异常测量点，再将剩下的测量点连接起来，各组测量点绘制一条直线，根据至少两条高度变化直线，计算出电池的竖直倾斜姿态；

控制端根据电池图像位置中的标记点位置与标准图像中的标记点位置进行对比分析，根据标记点位置的变化，计算出电池的水平偏移方向和水平偏移距离，以一个标记点作为基准点，根据其他标记点与该基准点之间的位置变化，即标记点之间连线的角度变化，计算出电池的水平偏转角度，结合电池的水平偏移方向、水平偏移距离以及水平偏转角度，计算出电池的水平偏转姿态；

标准图像：预设电池无水平偏转的图像，此时电池的下表面处于水平状态，电池的长度方向与X轴方向平行，电池的宽度方向与Y轴方向平行，且电池处于图像的正中央。

S4：控制端将竖直倾斜姿态和水平偏转姿态结合，获得电池姿态，根据电池的姿态调整换电小车的姿态，并拆下电池；

S5：换电小车将亏电的电池放到电池仓充电，并取出满电的电池；

S6：换电小车向车辆方向运动，激光测距仪获取电池安装支架底部的测量点坐标，换电小车运动到设定位置，换电小车上的CCD相机拍摄电池安装支架底部的图像；

S7：控制端根据各测量点的坐标，计算出电池安装支架的竖直倾斜姿态；控制端根据拍摄得到的电池安装支架底部图像中的标记点位置与标准图像中的标记点位置进行对比分析，计算处电池安装支架的水平偏转姿态；

因为电池拆解下来的缘故，车轮和悬架受力小，车辆会有所抬升，导致电池安装支架的测量高度原则上会比之前对电池的测量高度较高；

然而，车辆的位置未进行变动，因此电池安装支架的水平偏转姿态和之前电池的水平偏转姿态应大致相同，两者的细微差值落在设定的误差范围之内；当电池安装支架的水平偏转姿态和之前电池的水平偏转姿态的差值超出误差范围时，说明测量的电池安装支架的水平偏转姿态存在异常，控制端控制换电小车停止动作，并报警提示工作人员及时进行维修处理，避免换电小车在安装电池的过程中造成电池的损坏；

S8：控制端将电池安装支架的竖直倾斜姿态和水平偏转姿态结合，获得电池安装支架的真实姿态，以此调整换电小车的姿态，并将电池安装到车辆上。综上所述，本发明提供一种物体姿态测算方法及换电小车，通过激光测距仪获取物体的竖直倾斜姿态，通过CCD相机获取物体的水平偏转姿态，将激光测距仪和CCD相机相结合，能够解决电池同时存在竖直倾斜姿态和水平偏转姿态的问题，能够精确快速的获取物体的真实姿态；通过观察相邻测量点的高度变化，剔除存在明显异常的异常测量点，再将剩下的测量点连接起来，能够有效的避免物体底部的杂质对物体高度的测量造成影响，提高物体底部高度的准确性，以及物体姿态的准确性；通过在物体底部设置特定的标记点，并通过CCD拍摄物体图像与标准图像进行对比分析，能够有效并直观的计算出物体在水平方向上的偏移或偏转姿态。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。