一种基于全自动换电机器人的调试方法
【专利摘要】本发明提供一种基于全自动换电机器人的调试方法，包括换电机器人的视觉系统功能调试及PLC控制器通讯功能调试，还包括电池箱组坐标标定、汽车电池组取放坐标标定。本发明将调试控制中心与PLC控制系统、视觉系统相配合，实现了换电机器人的全自动调试，成功解决了人工调试误差大、费时费力、结果输出不统一等问题。换电机器人安装完毕后使用该方法依次完成各组成部分功能调试、坐标标定及调试验证后，即可正式投入运行。该方法有效减少人工调试误差，提高调试效率和数据标定精度，可靠实用，便于推广。
【专利说明】—种基于全自动换电机器人的调试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人【技术领域】，涉及一种基于全自动换电机器人的调试方法。
【背景技术】
[0002]随着人们对环境保护的意识越来越强，环境污染和资源的问题受到人们的极大关注。汽车行业节能减排形势的日益严峻，发展节能环保型汽车成为汽车产业发展的必然选择。目前，以电能为代表的新能源的节能环保型汽车作为动力与储能电池产业终端应用产品，已成为国家鼓励发展的新兴战略性产业。
[0003]目前，电动汽车的续航能力是电动汽车行业需要解决的一个重要问题，国家电网公司提出了“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送，通过智能电网、物联网和交通网的‘三网’技术融合，实施信息化、自动化和网络化的‘三化’管理，实现对电动汽车用户跨区域全覆盖的同网、同质和同价的‘三同’服务”的建设方针。电动汽车蓄电电池的充电和换电环节关系到整个电动汽车产业的普及和推广。
[0004]全自动换电机器人是电动汽车充换电站的核心设备，其基本结构包括机器人的硬件结构、充当机器人眼睛的视觉系统、对机器人机械手进行控制的PLC控制系统，还包括协调视觉系统及PLC控制系统的主控中心，其中视觉系统包括设置在电动汽车上方用于获取电动汽车图像的顶部照相机、用于获取电动汽车内待换电池图像的侧部照相机，侧部相机是安装在机械手上的。
[0005]在机器人正式投入使用前，必须先对视觉系统、PLC控制系统进行调试，使通过视觉图像采集图像经处理后得到的汽车位置、或代换电池的位置能够和PLC控制系统的坐标统一，才能实现机器人的正常沟通。
[0006]另外，还需要对电池箱组、汽车电池组进行标定，对电池箱组进行标定得到电池箱组中各电池的坐标，这些坐标用于换电时,机械手能够取放电池箱中的电池；对汽车电池组的标定，主要目的是取得一系列的偏差值，在机器人投入使用后，能够应用这些偏差值确定汽车电池的坐标。
[0007]在以往的机器人换电过程中，通过视觉系统对汽车内的电池进行拍照所获得电池的位置与电池的实际位置通常会出现偏差，因此如果能够事先知道通过拍照所确定的电池的取放电位置与电池的实际取放电位置之间的差值，将会对机器人的换电有重要指导意义。
[0008]因此，在机器人使用前，需要对视觉系统、PLC控制系统、电池箱组、汽车电池组进行调试。
[0009]与该申请相关的申请有申请号为2013106288395，名称为基于PLC控制的电动汽车自动换电池机构的换电池方法；申请号为201310629488X，名称为一种电动汽车全自动换电池控制系统及方法；申请号为2013106376358，名称为一种电动汽车全自动换电池系统；申请号为201320783049X，名称为一种电动汽车自动换电池机构的视觉定位系统。
【发明内容】
[0010]为解决现有换电机器人调试周期长、标定参数多、手工误差大的技术问题，本发明提供一种基于全自动换电机器人的调试方法。
[0011]本发明的技术解决方案如下:
[0012]一种基于全自动换电机器人的调试方法，其特殊之处在于:包括以下步骤:
[0013]I)系统初始化
[0014]1.1)对要调试的视觉系统及PLC控制系统进行初始化；检查调试控制中心分别与视觉系统及PLC控制系统的连接是否正常，如果出现异常，则进入步骤1.2)；
[0015]1.2)分别检查视觉系统的各个相机及调试控制中心与PLC控制系统的连接是否正常；如果出现异常，对出现异常的相机或PLC控制系统进行检测维修，正常后，分别进行步骤2)视觉系统的标定、步骤4)电池箱的标定；[0016]2)视觉系统标定
[0017]视觉系统标定包括顶部相机的标定及侧部相机的标定，具体步骤如下:
[0018]A)顶部相机的标定
[0019]2.1)在机器人的机械手上正对顶部相机的视野范围内固定安装标定板，记录标定板在机器人坐标下的当前位置A，录入调试控制中心，
[0020]2.2)设定机器人的移动步长L及机器人的移动次数η ;录入调试控制中心，
[0021]2.3)调试控制中心发送拍照指令至顶部相机，顶部相机拍下位于当前位置A的标定板，提取标定板在顶部图像坐标下的位置数据Β0，并将此位置数据反馈给调试控制中心；
[0022]2.4)调试控制中心将标定板的下一位置信息发送给PLC控制系统，
[0023]2.5) PLC控制系统控制机械手移动，移动到下一似直后，PLC控制系统将到似彳目息反馈至调试控制中心，
[0024]2.6)调试控制中心接收到位信息后，发送指令至顶部相机，顶部相机对标定板进行拍照，提取标定板在顶部图像坐标下的位置数据BI，并将此图像坐标反馈给调试控制中心，
[0025]重复步骤2.4) -2.6)直至完成η次移动，得到标定板在顶部图像坐标下的一组位置数据Β0、Β1、Β2……Bn,
[0026]2.7)通过标定板在顶部图像坐标下的位置数据B0、B1、B2......Bn及机械手的移动
距离，得出图像坐标下的位置数据与机械手移动距离之间的关系；完成顶部相机的标定；
[0027]B)侧部相机的标定
[0028]在侧部相机的视野范围内，正对侧部相机的视野范围设置标定板，记录标定板在机器人坐标下的当前位置Α，录入调试控制中心，所述侧部相机安装在机器人上，
[0029]其余标定步骤参照顶部相机的标定，视觉系统标定完毕后，用经过标定后的侧部相机及顶部相机对汽车电池组行标定；
[0030]3)汽车电池组坐标的标定
[0031]3.1)确定侧部相机的初步拍照位置
[0032]3.1.1)汽车停车后，调试控制中心发送指令至视觉系统，通过顶部相机对汽车顶部区域进行拍照，视觉系统得出汽车的停车位置，然后将该停车位置与固定停车位置作比较得出水平偏移值，反馈至调试控制中心；
[0033]根据汽车中电池组的安装高度确定侧部相机的拍照高度，反馈至调试控制中心；
[0034]3.1.2)针对电池组中的任一电池，调试控制中心根据电池组中电池排布位置以及所述水平偏移值和确定的侧部相机的拍照高度计算机械手的待机位(X待、Y待、Z待、Θ待)，即侧部相机的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待为计算的待机位坐标，Θ待为机械手能够取到电池的偏转角度，只要汽车的停车位置不变，机械手的偏转角度Θ待保持不变；
[0035]并将此待机位信息发送至PLC控制系统；
[0036]3.1.3) PLC控制系统控制机械手移动至侧部相机的初步拍照位置；
[0037]3.2)确定机械手的待机位坐标
[0038]测量侧部相机与该电池之间的垂直距离；反馈至调试控制中心；如果所测的垂直距离与侧部相机的拍照距离不相等，对机械手进行调整，使安装在机械手上的侧部相机与电池之间的垂直距离与侧部相机的拍照距离相等，拍照距离记为S，并将拍照距离S与实际测量距离的差值反馈至调试控制中心，
[0039]3.3)确定电池取电坐标偏差
[0040]3.3.1)侧部相机对换电汽车中的电池进行拍照，调试控制中心计算得到该电池的三维取电坐标(X取、Y取、Z取)，即电池的计算取电坐标，
[0041]3.3.2)断 开调试控制中心与PLC控制系统之间的连接，调整机械手使机械手能够取出电池组中的电池，记录机械手此时的坐标(X^取、Y'取、Z'取)，即该电池的实际取电坐标，
[0042]将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池实际取电坐标与计算取电坐标的偏差，从而完成该电池取电坐标偏差的标定；
[0043]3.4)确定电池放电偏差
[0044]在实际取电坐标(X'取、Y'取、Z'取)的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓，记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标(X^放、Y'放、V放)，即该电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池的实际放电坐标与该电池的实际取电坐标的偏差，从而完成该电池放电偏差的标定；
[0045]3.5)调试控制中心将标定的各偏差值生成参数配置文件。
[0046]4)电池箱坐标的标定
[0047]4.1)确定选定电池仓
[0048]分别断开调试控制中心与PLC控制系统、与视觉系统之间的连接IMXN的电池仓阵列中选择至少三个电池仓,其中至少有两个电池仓不同行,至少有两个电池仓不同列；
[0049]4.2)对所选定的电池仓进行坐标标定
[0050]4.2.1)调整机械手的方位角使机械手正对所要标定的电池箱；
[0051]4.2.2)移动机械手至所选择的其中一个电池仓，调整机械手使机械手能够取出电池仓中的电池，记录此时机械手的坐标(X，y，Z )，即该电池仓的取电坐标，录入调试控制中心；
[0052]再次调整机械手，使机械手能够将取出的电池放进电池仓,记录此时机械手的坐标(X' ,Y' ,z')，即该电池仓的放电坐标，录入调试控制中心，从而完成该电池仓的标定;
[0053]4.2.3)按照步骤2.2)的方法对所选定的其它电池仓分别进行标定；
[0054]4.3)将所选定的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，根据已标定的电池仓的坐标信息结合电池箱的布局信息求出基准电池仓的坐标及电池仓之间的相对位置关系；
[0055]4.4)调试控制中心将所得出的基准电池仓的坐标信息及电池仓之间的相对位置关系生成参数配置文件，从而完成整个电池箱的标定。
[0056]在步骤4)中，对所选定的电池仓进行标定时，多次重复步骤4.2)，对多次求取的同个电池仓的多个取电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标，对多次求取的电池仓的多个放电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标，
[0057]根据已经标定的电池仓的最终坐标值，利用电池仓之间的相对位置关系求取其余电池仓的取放电坐标。
[0058]电池箱标定时，选定电池仓及根据所选定电池仓求出电池仓之间的相对位置关系时，可以有以下两种方式，这两种方式可以提高整个电池箱中其余电池仓标定的准确性。
[0059]第一种方式是:
[0060]在步骤4.1)选择电池仓时，先从MXN的电池仓阵列中确定一个最大的正方形电池仓阵列，所选择的电池仓中有三个位于该正方形电池仓阵列的3个顶角。
[0061]所述步骤4.3)具体为:
[0062]4.3.1)确定基准电池仓的基准坐标(x0，yO, zO)
[0063]将位于3个顶角的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值,并将其作为基准坐标xO ；
[0064]求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的Z轴取电坐标或Z轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标zO ；
[0065]求取基准电池仓及与基准电池仓同列的顶角电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标yO ；
[0066]4.3.2)确定电池仓间的相对位置关系
[0067]A)求取位于不同行的两个顶角电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值S Low ；
[0068]B)求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值SCol ；
[0069]C)根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差S Z ；
[0070]D)求取位于对角线上的两个顶角电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。
[0071]第二种方式是:
[0072]在步骤4.1)选择电池仓时，其中有两个电池仓分别位于I行I列和I行N列，第三个电池仓位于M行M列或N行N列，当M小于等N时，第三个电池仓选择位于M行M列的电池仓，当M大于等N时，第三个电池仓选择位于N行N列的电池仓。[0073]所述步骤4.3)具体为:
[0074]4.3.1)确定基准电池仓的基准坐标(x0，yO, zO)
[0075]将位于I行I列的电池仓作为基准电池仓,求取位于I行I列和I行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标XO ；
[0076]求取位于I行I列和I行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标zO ；
[0077]将I行I列的电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标作为基准坐标yO ；
[0078]4.3.2)确定电池仓间的相对位置关系
[0079]A)求取位于不同行的两个电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值S Low ；
[0080]B)求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值SCol ；
[0081]C)根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差S Z ；
[0082]D)求取位于I行I列和M行M列的电池仓或位于I行I列和N行N列的电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。
[0083]对相对于机械手成I行分布的四节电池进行标定时，按照电池的排列顺序依次将该四节电池分别命名为I号电池、2号电池、3号电池、4号电池，该四节电池的标定次序为:
[0084]I号电池的取电坐标一3号电池的取电坐标-1号电池的放电坐标-2号电池的取电坐标_3号电池的放电坐标-4号电池的取电坐标-2号电池的放电坐标-4号电池的放电坐标。
[0085]对四节电池的标定使用两个侧部相机和两个机械手，其中，I号电池和2号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手，3号电池和4号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手，
[0086]I号电池和3号电池的标定采用步骤1-4，2号电池的实际取电坐标是基于I号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，2号电池的实际放电坐标是基于2号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，
[0087]2号电池的计算取电坐标是在I号电池的实际取电坐标的基础上结合I号电池和2号电池之间的相互位置得出的，
[0088]4号电池的实际取电坐标是基于3号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，4号电池的实际放电坐标是基于4号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，
[0089]4号电池的计算取电坐标是在3号电池的实际取电坐标的基础上结合4号电池和3号电池之间的相互位置得出的，
[0090]电池的取电偏差根据电池的实际取电坐标、计算取电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出，
[0091 ] 电池的放电偏差根据电池的实际放电坐标、计算放电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出。[0092]本发明与现有技术相比，优点是:
[0093]1、本发明一种基于全自动换电机器人的调试方法，将调试控制中心与PLC控制系统、视觉系统相配合，实现了换电机器人的全自动调试，成功解决了人工调试误差大、费时费力、结果输出不统一等问题。
[0094]2、本发明一种基于全自动换电机器人的调试方法有效降低成本、提高调试效率；通过软件后台进行数据采集和处理，有效提高数据标定精度。
[0095]3、本发明各步骤的结果可输出为配置文件，中间过程有数据记录文件，便于维护；有利于实现产品工程化、产业化发展。
【专利附图】
【附图说明】
[0096]图1为调试时采用的系统原理图；
[0097]图2为电池箱内电池仓分布图；
[0098]图3为汽车电池排列图。
【具体实施方式】
[0099]本发明面对现有调试方法调试周期长、标定参数多、手工误差大的现状，提供了一种基于全自动换电机器人的自动调试方法，包括换电机器人的视觉系统功能调试及PLC控制器通讯功能调试，还包括电池箱组坐标标定、汽车电池组取放坐标标定。
[0100]其中视觉系统包括设置在电动汽车上方用于获取电动汽车位置的顶部相机、用于获取电动汽车内待换电池位置的侧部相机，侧部相机是安装在机械手上的。
[0101]换电机器人安装完毕后使用该方法依次完成各组成部分功能调试、坐标标定及调试验证后，即可正式投入运行。该方法有效减少人工调试误差，提高调试效率和数据标定精度，可靠实用，便于推广。
[0102]本发明一种基于全自动换电机器人的调试方法，具体是按照以下步骤实现的:
[0103]I)系统初始化
[0104]进行各部分标定之前都必须要系统初始化，目的是初始化相机、打开工作串口、检测软件与相机和PLC的通信是否正常。如果信息窗口显示相机初始化成功、PLC无故障已连接，并且相机旁的闪光灯全部闪烁一次，则系统初始化成功，否则进行调试。
[0105]其中照相机的调试是通过选择不同相机拍照检查具体哪个相机无法正常通信；调试系统与PLC的通信调试功能是通过给软件给PLC发送数据查看两者通信是否正常，数据能否准确接收。
[0106]正常后，进行步骤2 )；
[0107]2)视觉系统标定
[0108]视觉系统标定的具体步骤如下:
[0109]该标定方法包括顶部相机的标定及侧部相机的标定，具体步骤如下:
[0110]A)顶部相机的标定
[0111]2.1)在机器人的机械手上正对顶部相机的视野范围固定安装标定板，记录标定板在机器人坐标下的当前位置A，录入调试控制中心，
[0112]2.2)设定机器人的移动步长L及机器人的移动次数η ;录入调试控制中心，[0113]2.3)调试控制中心发送拍照指令至顶部相机，顶部相机拍下位于当前位置A的标定板，提取标定板在顶部图像坐标下的位置数据B0，并将此位置数据反馈给调试控制中心；
[0114]2.4)调试控制中心将标定板的下一位置信息发送给PLC控制系统，
[0115]2.5) PLC控制系统控制机械手移动，移动到下一位置后，PLC控制系统将到位信息反馈至调试控制中心，
[0116]2.6)调试控制中心接收到位信息后，发送指令至顶部相机，顶部相机对标定板进行拍照，提取标定板在顶部图像坐标下的位置数据BI，并将此图像坐标反馈给调试控制中心，
[0117]重复步骤2.4) -2.6)直至完成η次移动，得到标定板在顶部图像坐标下的位置数据 B0、B1、B2......Bn,
[0118]2.7)通过标定板在顶部图像坐标下的一组位置数据B0、B1、B2......Bn及机械手的
移动距离，得出图像坐标下的位置数据与机械手移动距离之间的关系；完成顶部相机的标定;
[0119]为了提高标定结果的准确性，可控制机器人按照相同的步长原路返回，参照先前的标定方法，获取标定板在顶部图像坐标下的另一组图像数据，可对两次获得结果求均值。
[0120]B)侧部相机的标定
[0121]在侧部相机的视野范围内，正对侧部相机的视野范围设置标定板，记录标定板的在机器人坐标下的当前位置Α，录入调试控制中心，所述侧部相机安装在机器人上，
[0122]其余标定步骤参照顶部相机的标定。
[0123]视觉系统标定完毕后，用经过标定后的侧部相机及顶部相机对汽车电池组行标定，
[0124]3)汽车电池组的标定:
[0125]如图2所示，电动车的电池共4节，位置相对固定，换电机器人每个机械手负责取放两节电池，为了获取精确的汽车电池坐标，对于这四节电池的标定，本发明完全模拟换电过程中的换电次序对这四节电池的取放电坐标进行标定，换电次序是:1取一3取-1放-2取-3放-4取-2放-4放。该电池的取放次序充分考虑了承载载荷变化导致电动汽车自重发生变化时，电动汽车和待换电池的位置变化问题，其目的是尽量使电动汽车保持在初始位置。
[0126]对这四节电池的标定方法，详见下述:
[0127]一、I号电池取电坐标的标定:
[0128]I)确定I号电池所对应的机械手上的侧部相机的初步拍照位置，
[0129]1.1)汽车停车后，调试控制中心发送指令至视觉系统，通过顶部相机对汽车顶部区域进行拍照，视觉系统得出汽车的停车位置，然后将该停车位置与固定停车位置作比较得出水平偏移值，反馈至调试控制中心；固定位置为汽车的设定停车位置。
[0130]根据汽车中电池组的安装高度确定侧部相机的拍照高度，反馈至调试控制中心；
[0131]1.2)针对电池组中的任一电池，调试控制中心根据电池组中电池排布位置以及所述水平偏移值和确定的侧部相机的拍照高度计算机械手的待机位(X待、Y待、Z待、Θ待)，即侧部相机的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待为计算的待机位坐标，Θ待为计算的待机位方位角，并将此待机位信息发送至PLC控制系统，只要汽车的停车位置不变，机械手的偏转角度Θ待保持不变；
[0132]1.3) PLC控制系统控制机械手移动至侧部相机的初步拍照位置；
[0133]2)确定1号电池所对应的机械手的待机位坐标偏差，
[0134]测量侧部相机与I号电池之间的垂直距离；反馈至调试控制中心；如果所测的垂直距离与侧部相机的拍照距离不相等，调试控制中心通过PLC控制系统对机械手进行调整，使安装在机械手上的侧部相机与I号电池之间的垂直距离与侧部相机的拍照距离相等，拍照距离记为S，记录此时机械手的坐标(X'待、Y'待、Z'待)，即机械手的实际待机位坐标，并将此坐标信息录入至调试控制中心；调试控制中心将机械手的实际待机位坐标(X,待、Y'待、Z'待)与通过计算所得的机械手的待机位坐标(X待、Y待、Z待)做差，从而完成该I号电池机械手的待机位坐标偏差的标定，
[0135]3)确定I号电池取电坐标偏差，
[0136]3.1)侧部相机对换电汽车中的电池进行拍照，调试控制中心计算得到该电池在竖直平面的二维坐标，根据所述V待及S值计算得出该电池的另外一个坐标，最终取得该电池的三维取电坐标(X取、Y取、Z取)，即I号电池的计算取电坐标；
[0137]3.2)断开调试控制中心与PLC控制系统之间的连接，调整机械手使机械手能够取出电池组中的电池，记录机械手此时的坐标(X'取、Y'取、Z'取)，即1号电池的实际取电坐标，
[0138]将1号电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算I号电池实际取电坐标与计算取电坐标的偏差，从而完成I号电池取电坐标偏差的标定；调试控制中心将标定的结果生成参数配置文件。
[0139]二、3号电池取电偏差的标定，
[0140]3号电池取电偏差的标定参照I号电池取电偏差的标定，即参照步骤1-3完成3号电池取电偏差的标定。
[0141]三、I号电池放电偏差的标定，
[0142]在I号电池实际取电坐标(X'取、Y'取、Z'取)的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓,记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标(X '放、Y'放、Z'放)，即I号电池的实际放电坐标，将I号电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据I号电池的实际放电坐标、I号电池的实际取电坐标的偏差及机械手的待机位的方位角Θ待得出，从而完成该电池放电偏差的标定，
[0143]四、2号电池取电偏差的标定
[0144]在I号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手得出2号电池的实际取电坐标，将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据2号电池的实际取电坐标、2号电池的计算取电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出2号电池取电偏差，2号电池的计算取电坐标是根据I号电池的实际取电坐标计算得出的，
[0145]五、3号电池的放电偏差的标定
[0146]在3号电池实际取电坐标的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓,记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标，即3号电池的实际放电坐标，将3号电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据3号电池的实际放电坐标、3号电池的实际取电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出3号电池的放电偏差，从而完成3号电池放电偏差的标定，
[0147]六、4号电池的取电偏差的标定
[0148]在3号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出4号电池的实际取电坐标，将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据4号电池的实际取电坐标、4号电池的计算取电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出4号电池取电偏差，4号电池的计算取电坐标是根据3号电池的实际取电坐标计算的出的。
[0149]七、2号电池的放电偏差的坐标
[0150]在2号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出2号电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据2号电池的实际放电坐标、2号电池的实际取电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出得出2号电池取电偏差。
[0151]八、4号电池的放电偏差的坐标
[0152]在4号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出4号电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心根据4号电池的实际放电坐标、4号电池的实际取电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出4号电池取电偏差。
[0153]在对同类型的电动车进行换电时，可根据已经获得的参数配置文件，获取汽车电池的位置。
[0154]4)电池箱标定:以下结合附图3对电池箱的标定做详细说明。
[0155]如图2所示，电池箱内包括20个电池，20个电池呈4行5列的阵列进行分布，对这20个电池进行的标定，按照以下步骤进行:
[0156]3.1)断开机械手与PLC控制系统之间的连接，断开机械手与视觉系统之间的连接，
[0157]I)将电池箱内I号仓、5号仓、19号仓作为选定电池仓；
[0158]2)调整机械手的方位角使机械手正对所要标定的电池箱；方位角为机械手的偏转角度，即机械手在电池箱处取放电池正对电池平面时的角度，保证机械手的换电机构与电池平面平行，以便顺利取出电池；
[0159]3)选择I号电池仓作为基准电池仓。移动换电机构至I号仓，调整机械手的坐标使机械手能够取出I号仓中的电池，记录此时机械手的坐标(X，y, z),即该I号仓的取电坐标，录入调试控制中心；
[0160]再次调整机械手的坐标，使机械手能够将取出的电池放进电池仓，记录此时机械手的坐标(V ,I1，z')，即该电池仓的放电坐标，录入调试控制中心；
[0161]4)按照步骤3)的方法对5号仓、19号仓进行标定；
[0162]为了提高标定的准确性，可重复步骤3)，调试控制中心对多次求取的同个电池仓的多个取电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标，对多次求取的电池仓的多个放电坐标取均值，即该电池仓的最终放电坐标，
[0163]确定I号仓为基准电池仓，调试控制中心计算I号仓和5号仓X轴取电坐标或X轴放电坐标的列平均值，并将其作为基准坐xO ;求取I号仓和5号仓的Z轴取电坐标的平均值或Z轴放电坐标的平均值，将其作为基准坐标zO ；[0164]I号仓Y轴取电坐标或Y轴放电坐标，即为yO ;则基准电池仓I号仓的基准坐标(x0, yO, zO)得以确定；
[0165]B)根据5号仓和19号仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，求取相邻两行电池仓间的固定偏差值S Low ；
[0166]C)根据I号仓和5号仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，求取相邻两列电池仓间的固定偏差值SCol ；
[0167]D)根据I号仓、5号仓、19号仓同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差SZ;
[0168]E)根据电池箱平面对角线两端的电池仓即I号仓和19号仓的X轴取电坐标的差值的行平均值或X轴放电坐标的差值的行平均值，求取电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。
[0169]调试控制中心将计算出的基准仓的坐标及电池仓之间的相对位置关系生成参数配置文件，从而完成整个电池箱的标定。
[0170]在后续使用中，可根据参数配置文件求取所有电池仓的坐标，比如计算的基准电池仓I号仓的基准放电坐标为(XO、YO、Z0)，则8号仓(2行3列)放电坐标为X8=X0+Kx* (2-1)，Υ8=Υ0+ δ Col* (3-1)，Z8=Z0+ δ Low* (2-1) ；8 号仓(2 行 3 列)取电坐标为 X8=X0+Kx* (2-1)，Υ8=Υ0+δCol*(3-1)，Z8=Z0+δLow*(2-1)+ δ Z。
【权利要求】
1.一种基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)系统初始化 . 1.1)对要调试的视觉系统及PLC控制系统进行初始化；检查调试控制中心分别与视觉系统及PLC控制系统的连接是否正常，如果出现异常，则进入步骤1.2); . 1.2)分别检查视觉系统的各个相机及调试控制中心与PLC控制系统的连接是否正常；如果出现异常，对出现异常的相机或PLC控制系统进行检测维修，正常后，分别进行步骤2)视觉系统的标定、步骤4)电池箱的标定； 2)视觉系统标定 视觉系统标定包括顶部相机的标定及侧部相机的标定，具体步骤如下: A)顶部相机的标定 . 2.1)在机器人的机械手上正对顶部相机的视野范围内固定安装标定板，记录标定板在机器人坐标下的当前位置A，录入调试控制中心， .2.2)设定机器人的移动步长L及机器人的移动次数η ;录入调试控制中心， .2.3)调试控制中心发送拍照指令至顶部相机，顶部相机拍下位于当前位置A的标定板，提取标定板在顶部图像坐标下的位置数据Β0，并将此位置数据反馈给调试控制中心；. 2.4)调试控制中心将标定板的下一位置信息发送给PLC控制系统， . 2.5) PLC控制系统控制机械手移动，移动到下一位置后，PLC控制系统将到位信息反馈至调试控制中心， . 2.6)调试控制中心接收到位信息后，发送指令至顶部相机，顶部相机对标定板进行拍照，提取标定板在顶部图像坐标下的位置数据BI，并将此图像坐标反馈给调试控制中心， 重复步骤2.4) -2.6)直至完成η次移动，得到标定板在顶部图像坐标下的一组位置数据 B0、B1、B2......Bn, .2.7)通过标定板在顶部图像坐标下的位置数据Β0、B1、Β2……Bn及机械手的移动距离，得出图像坐标下的位置数据与机械手移动距离之间的关系；完成顶部相机的标定； B)侧部相机的标定 在侧部相机的视野范围内，正对侧部相机的视野范围设置标定板，记录标定板在机器人坐标下的当前位置Α，录入调试控制中心，所述侧部相机安装在机器人上， 其余标定步骤参照顶部相机的标定，视觉系统标定完毕后，用经过标定后的侧部相机及顶部相机对汽车电池组行标定； 3)汽车电池组坐标的标定 .3.1)确定侧部相机的初步拍照位置 .3.1.1)汽车停车后，调试控制中心发送指令至视觉系统，通过顶部相机对汽车顶部区域进行拍照，视觉系统得出汽车的停车位置，然后将该停车位置与固定停车位置作比较得出水平偏移值，反馈至调试控制中心； 根据汽车中电池组的安装高度确定侧部相机的拍照高度，反馈至调试控制中心； .3.1.2)针对电池组中的任一电池，调试控制中心根据电池组中电池排布位置以及所述水平偏移值和确定的侧部相机的拍照高度计算机械手的待机位(X待、Y待、Z待、Θ待)，即侧部相机的初步拍照位置，其中X待、Y待、Z待为计算的待机位坐标，Θ待为机械手能够取到电池的偏转角度，只要汽车的停车位置不变，机械手的偏转角度Θ待保持不变；并将此待机位信息发送至PLC控制系统； . 3.1.3) PLC控制系统控制机械手移动至侧部相机的初步拍照位置； .3.2)确定机械手的待机位坐标 测量侧部相机与该电池之间的垂直距离；反馈至调试控制中心；如果所测的垂直距离与侧部相机的拍照距离不相等，对机械手进行调整，使安装在机械手上的侧部相机与电池之间的垂直距离与侧部相机的拍照距离相等，拍照距离记为S，并将拍照距离S与实际测量距离的差值反馈至调试控制中心， .3.3)确定电池取电坐标偏差 . 3.3.1)侧部相机对换电汽车中的电池进行拍照，调试控制中心计算得到该电池的三维取电坐标(X取、Y取、Z取)，即电池的计算取电坐标， .3.3.2)断开调试控制中心与PLC控制系统之间的连接，调整机械手使机械手能够取出电池组中的电池，记录机械手此时的坐标(X'取、Y'取、Z'取)，即该电池的实际取电坐标， 将该电池的实际取电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池实际取电坐标与计算取电坐标的偏差，从而完成该电池取电坐标偏差的标定； . 3.4)确定电池放电偏差 在实际取 电坐标(X^取、Y'取、Z'取)的基础上，再次调整机械手，使机械手将取出的电池能够放进电池仓,记录机械手将电池放进电池仓时机械手的坐标(X^放、V U放)，即该电池的实际放电坐标，将该电池的实际放电坐标录入调试控制中心，调试控制中心计算该电池的实际放电坐标与该电池的实际取电坐标的偏差，从而完成该电池放电偏差的标定； . 3.5)调试控制中心将标定的各偏差值生成参数配置文件， . 4)电池箱坐标的标定 .4.1)确定选定电池仓 分别断开调试控制中心与PLC控制系统、与视觉系统之间的连接；从MXN的电池仓阵列中选择至少三个电池仓,其中至少有两个电池仓不同行,至少有两个电池仓不同列； .4.2)对所选定的电池仓进行坐标标定 . 4.2.1)调整机械手的方位角使机械手正对所要标定的电池箱； .4.2.2)移动机械手至所选择的其中一个电池仓，调整机械手使机械手能够取出电池仓中的电池，记录此时机械手的坐标(X，y，z)，即该电池仓的取电坐标，录入调试控制中心； 再次调整机械手,使机械手能够将取出的电池放进电池仓,记录此时机械手的坐标(X, ,i' ,z')，即该电池仓的放电坐标，录入调试控制中心，从而完成该电池仓的标定； .4.2.3)按照步骤2.2)的方法对所选定的其它电池仓分别进行标定； . 4.3)将所选定的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，根据已标定的电池仓的坐标信息结合电池箱的布局信息求出基准电池仓的坐标及电池仓之间的相对位置关系； .4.4)调试控制中心将所得出的基准电池仓的坐标信息及电池仓之间的相对位置关系生成参数配置文件，从而完成整个电池箱的标定。
2.根据权利要求1所述的基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于:在步骤4)中，对所选定的电池仓进行标定时，多次重复步骤4.2)，对多次求取的同个电池仓的多个取电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标，对多次求取的电池仓的多个放电坐标取均值，即该电池仓的最终取电坐标， 根据已经标定的电池仓的最终坐标值，利用电池仓之间的相对位置关系求取其余电池仓的取放电坐标。
3.根据权利要求1或2所述的基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于: 在步骤4.1)选择电池仓时，先从MX N的电池仓阵列中确定一个最大的正方形电池仓阵列，所选择的电池仓中有三个位于该正方形电池仓阵列的3个顶角。
4.根据权利要求3所述的基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于: 所述步骤4.3)具体为: 4.3.1)确定基准电池仓的基准坐标(xO，yO, zO) 将位于3个顶角的电池仓中一个电池仓作为基准电池仓，求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的X轴 取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标xO ； 求取基准电池仓及与基准电池仓同行的顶角电池仓的Z轴取电坐标或Z轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标ZO ； 求取基准电池仓及与基准电池仓同列的顶角电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标yO ； 4.3.2)确定电池仓间的相 对位置关系 A)求取位于不同行的两个顶角电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值S Low ； B)求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值SCol ； C)根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差δ Z ； D)求取位于对角线上的两个顶角电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数ΚΧ。
5.根据权利要求1或2所述的基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于: 在步骤4.1)选择电池仓时，其中有两个电池仓分别位于I行I列和I行N列，第三个电池仓位于M行M列或N行N列，当M小于等N时，第三个电池仓选择位于M行M列的电池仓，当M大于等N时，第三个电池仓选择位于N行N列的电池仓。
6.根据权利要求5所述的基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于: 所述步骤4.3)具体为: ， 4.3.1)确定基准电池仓的基准坐标(xO，yO, zO) 将位于I行I列的电池仓作为基准电池仓，求取位于I行I列和I行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标xO ； 求取位于I行I列和I行N列的X轴取电坐标或X轴放电坐标的平均值，并将其作为基准坐标zO ； 将I行I列的电池仓的Y轴取电坐标或Y轴放电坐标作为基准坐标yO ； ，4.3.2)确定电池仓间的相对位置关系A)求取位于不同行的两个电池仓的Z轴取电坐标值的差值的行平均值或Z轴放电坐标值的差值的行平均值，将其作为相邻两行电池仓间的固定偏差值S Low ； B)求取位于不同列的电池仓的Y轴取电坐标值的差值的列平均值或Y轴放电坐标值的差值的列平均值，将其作为相邻两列电池仓间的固定偏差值SCol ； C)根据三个同一电池仓的Z轴取电坐标与Z轴放电坐标差值的平均值，得出机械手取电与放电时的坐标偏差δ Z ； D)求取位于I行I列和M行M列的电池仓或位于I行I列和N行N列的电池仓的X轴取电坐标的差值的平均值或X轴放电坐标的差值的平均值，将其作为电池箱平面在X轴坐标上的变化系数KX。
7.根据权利要求1所述的基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于: 当对相对于机械手成I行分布的四节电池进行标定时，按照电池的排列顺序依次将该四节电池分别命名为I号电池、2号电池、3号电池、4号电池，该四节电池的标定次序为: I号电池的取电坐标一3号电池的取电坐标-1号电池的放电坐标-2号电池的取电坐标_3号电池的放电坐标-4号电池的取电坐标-2号电池的放电坐标-4号电池的放电坐标。
8.根据权利 要求7所述的基于全自动换电机器人的调试方法，其特征在于: 对四节电池的标定使用两个侧部相机和两个机械手，其中，I号电池和2号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手，3号电池和4号电池的标定用同一个侧部相机和同一个机械手， I号电池和3号电池的标定采用步骤1_4，2号电池的实际取电坐标是基于I号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，2号电池的实际放电坐标是基于2号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的， 2号电池的计算取电坐标是在I号电池的实际取电坐标的基础上结合I号电池和2号电池之间的相互位置得出的， 4号电池的实际取电坐标是基于3号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的，4号电池的实际放电坐标是基于4号电池的实际取电坐标的基础上再次调整机械手而得出的， 4号电池的计算取电坐标是在3号电池的实际取电坐标的基础上结合4号电池和3号电池之间的相互位置得出的， 电池的取电偏差根据电池的实际取电坐标、计算取电坐标及机械手的待机位的方位角θ待得出， 电池的放电偏差根据电池的实际放电坐标、计算放电坐标及机械手的待机位的方位角Θ待得出。
【文档编号】B25J9/16GK103878773SQ201410064394
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】罗华, 燕小强, 林洪怡 申请人:西安航天精密机电研究所