本发明涉及一种用于搬运卡车电池的车辆及其定位系统。
背景技术：
随着电动汽车的发展，重型卡车采用电力驱动成为一种趋势。电动重卡的动力电池容量大，充电时间长，为了解决这一问题，电池换电站应运而生。
电动卡车的动力电池重量可达2～3吨，为了对电池进行更换必须有专门的设备才能进行。现有的技术多为在换电站内设置有类似行吊的电池更换设备，其要求卡车必须精准停放在预定的位置上，才能实现对电池的精准抓取与更换。这种方法流程较多，耗时较长，对卡车的停放位置要求较高。
现有的重卡换电技术多为在换电站内设置有类似行吊的电池更换设备，其要求卡车必须精准停放在预定的位置上，这种方法流程较多，耗时较长，对卡车的停放位置要求较高。
在目前主流的定位技术中，大致分为有标志物的引导性定位方式和无标志物的定位方式。有标志物的引导性定位由于拥有预设好的精确位置，所以往往能获得更高精度的数据，但需要粘贴的标志物较密集，会产生一定的视觉“抗性”；无标志物的定位方式主要借助惯导性质和slam技术，其优势是不需要对环境进行标志物的粘贴而能获取到高精度的定位，但是惯导性质的最大问题是随着运行时间的延长，受元器件误差的影响，定位数据与实际数据的偏差会不断放大；而slam技术则受环境的影响较大，若是无法提取到足够的环境特征点，定位误差也会比较大。
技术实现要素：
为了克服现有技术中的重型卡车在更换电池时对卡车的停放位置要求较高的技术缺陷，本发明的第一个方面提供一种用于搬运卡车电池的车辆的定位系统，包括陀螺仪、第一相机、第二相机、第一二维码、第二二维码、图像处理单元、数据处理单元、第一激光测距仪和第二激光测距仪，所述陀螺仪用于测量所述车辆的偏转角度以使所述车辆根据所述偏转数据调整行驶路线，所述第一相机设于所述车辆的正上方，所述第二相机设于所述车辆的正前方，所述第一二维码设于天花板，所述第二二维码设于所述卡车电池的外表面，所述第一相机用于识别所述第一二维码，所述第二相机用于识别所述第二二维码，所述图像处理单元用于获取所述第一二维码信息和所述第二二维码信息，所述第一二维码信息和所述第二二维码信息包括位置和方向，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪分别安装在所述车辆的左右两侧且光轴相互平行，所述图像处理单元、所述陀螺仪、第一激光测距仪和第二激光测距仪分别与所述数据处理单元电连接。
进一步地，所述第一相机和第二相机均包括小视野镜头。
进一步地，所述第一二维码之间间隔1.1～1.5米。
本发明的第二个方面提供包括上述所述定位系统的用于搬运卡车电池的车辆。
进一步地，所述用于搬运卡车电池的车辆进一步包括车轮组件，所述车轮组件包括车轮和用于驱动所述车轮运动的驱动器。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本申请的技术方案降低在换电池时对卡车的停靠位置的精准度要求，借以视觉定位技术，使得用于搬运卡车电池的车辆可以自动地对卡车电池进行精准定位。
2.本申请的技术方案对有标志物的引导性定位和无标志物的定位方式进行整合改进，通过在换电站内的天花板设置一定密度的标志物(即第一二维码)，在每一次搬运小车到达标志物附近(即位于第一相机的可识别区域内)时，用于搬运卡车电池的车辆通过标志物更新自身的定位数据，以消除无标志物定位时产生的累计误差，当相机视野当中无标志物时则依靠惯导性质进行自身的运动定位，从而使得用于搬运卡车电池的车辆交替地经过在有标志物区域和无标志物区域的情况下，最终逐步到达卡车电池附近。在提高精准度的同时，提高了环境抗性，降低了人体的视觉抗性，对二维码的布局、后期维护也都较为简单，而且定位误差小。
3.在搬运小车运动到卡车电池附近后，搬运小车识别到电池上的位置标定装置(即第二二维码)，进一步对电池进行精准定位，使得搬运小车可以实现对重卡电池的准确抓取，可以精确到厘米级。
4.本申请的技术方案通过在用于搬运卡车电池的车辆的左右两侧设置激光测距仪，从而使得车辆可以根据两个激光测距仪的距离计算车辆的偏移角度，进而对自身进行角度微调以精确对准电池，可以精确到毫米级。
5.本申请中的第一相机和第二相机均采用小视野镜头，使得二维码在图像中成像更为清晰，从而解算到更为精准的数据；同时，由于视野小视野镜头，使得二维码距离相机本体可粘贴范围更远，增加了可选择区域。
附图说明
图1为申请的用于搬运卡车电池的车辆的结构方位及工作原理示意图。
附图标记：
用于搬运卡车电池的车辆10、陀螺仪111、第一相机112、第二相机113、第一激光测距仪116、第二激光测距仪117、车轮121、第一二维码20、电池30、第二二维码31。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
如图1所示，本申请的用于搬运卡车电池的车辆10的定位系统涉及三方主体，分别是用于搬运卡车电池的车辆10，设于一定高度的天花板上的第一二维码20、以及外表面设有第二二维码31的电池30。优选地，所述用于搬运卡车电池的车辆10是搬运小车。具体地，用于搬运卡车电池的车辆的定位系统包括陀螺仪111、第一相机112、第二相机113、第一二维码20、第二二维码31、图像处理单元、数据处理单元、第一激光测距仪116、第二激光测距仪117、以及车轮组件。优选地，所述车轮组件包括车轮121和用于驱动所述车轮运动的驱动器。优选地，所述第一二维码20之间间隔1.1～1.5米，如果第一二维码20设置太密集的话容易产生视觉“抗性”，如果第一二维码20密度设置过小，则误差较大。优选地，所述陀螺仪111安装在搬运小车的平行底部。所述陀螺仪111用于测量所述车辆10的偏转角度以使所述车辆10根据所述偏转数据调整行驶路线，所述第一相机112设于所述车辆10的正上方，所述第二相机113设于所述车辆10的正前方，所述第一二维码20设于天花板，所述第二二维码31设于所述卡车电池30的外表面，所述第一相机112用于识别所述第一二维码20，所述第二相机113用于识别所述第二二维码31。优选地，所述第一相机112和第二相机113均包括小视野镜头。所述图像处理单元用于获取所述第一二维码20信息和所述第二二维码31信息，所述第一二维码20信息和所述二维码信息包括位置和方向等信息，所述第一激光测距仪116和所述第二激光测距仪117分别安装在所述车辆10的左右两侧且光轴相互平行。所述两个激光测距仪安装在所述车辆10的正前方左右两侧且相互平行，或者所述车辆10的左右两侧且相互平行，以用于测量所述激光测距仪和所述电池30之间的距离。所述图像处理单元、所述陀螺仪111、第一激光测距仪116和第二激光测距仪117分别与所述数据处理单元电连接。
用于搬运卡车电池30的车辆10的定位系统的工作流程：需要更换电池30的卡车驶入划定的停靠区域，系统获取卡车的位置信息，并将卡车的运动方向传递给搬运小车，搬运小车沿着指定方向持续运动以不断接近卡车。在行驶过程中，搬运小车根据陀螺仪111的偏移数据持续调整方向。
具体地，由于搬运小车的第一相机112的识别范围受限，只有在靠近第一二维码20的一定距离范围内才能够识别第一二维码20。例如，当搬运小车从无法识别第一二维码20的区域进入能够识别第一二维码20的识别区域后，正上方的第一相机112持续捕获第一二维码20图像信息，第一二维码20图像信息包括该所述第一二维码20所在的位置和方向信息。搬运小车立即根据第一二维码20的数据实时更新位置信息，并调整方向，消除陀螺仪111的累计误差。随着搬运小车的不断移动，搬运小车离该第一二维码20识别区，进入第一相机112视野中没有第一二维码20的区域，搬运小车依靠惯导性质进行运动定位。搬运小车依次交替进行有标志物的引导性定位和无标志物的定位(主要借助惯导性质和slam技术)，直至搬运小车行驶至卡车电池30附近。
当搬运小车运动到电池30附近时，搬运小车的第二相机113捕获电池30上的第二二维码31信息，所述第二二维码31信息包括电池30的当前位置和方向信息，实现对电池30的精准对准，精度可以达到厘米级。此时，再利用激光测距组传递出的两侧偏移距离，可以计算出此时搬运小车与电池30的偏移角度，搬运小车对角度进行微调，对准电池30，精度可达到毫米级。具体地，当所述第一测距仪测量的距离和所述第二测距仪测量的距离相等时，则意味着搬运小车平行于卡车电池30，也就是说，搬运小车已经精确对准电池30；当所述第一测距仪测量的距离和所述第二测距仪测量的距离不相等时，则意味着搬运小车与卡车电池30之间有偏移角度，需要对搬运小车进行角度微调，具体地，数据处理单元接收第一测距仪和第二测距仪分别测量的距离并计算出偏移角度，然后，搬运小车根据偏移角度控制车轮组件的驱动器驱动车轮121进行角度调整以实现精确对准卡车电池30。最后，搬运小车将卡车上的电池30取出并转移至充电仓充电。随后，相反的过程，搬运小车将充满电的电池30放置于卡车上。
1.本申请的技术方案降低在换电池30时对卡车的停靠位置的精准度要求，借以视觉定位技术，使得用于搬运卡车电池30的车辆10可以自动地对电池30进行精准对准。
2.本申请的技术方案对有标志物的引导性定位和无标志物的定位方式进行整合改进，通过在换电站内的天花板设置一定密度的标志物(即第一二维码20)，在每一次搬运小车到达标志物附近(即位于第一相机112的可识别区域内)时，用于搬运卡车电池30的车辆10通过标志物更新自身的定位数据，以消除无标志物定位时产生的累计误差，当相机视野当中无标志物时则依靠惯导性质进行自身的运动定位，从而使得用于搬运卡车电池30的车辆10交替地经过在有标志物区域和无标志物区域的情况下，最终逐步到达卡车电池30附近。在提高精准度的同时，提高了环境抗性，降低了人体的视觉抗性，对二维码的布局、后期维护也都较为简单，而且定位误差小。
3.在搬运小车运动到卡车电池30附近后，搬运小车识别到电池30上的位置标定装置(即第二二维码31)，进一步对电池30进行精准定位，使得搬运小车可以实现对重卡电池30的准确抓取，可以精确到厘米级。
4.本申请的技术方案通过在用于搬运卡车电池30的车辆10的左右两侧设置激光测距仪，从而使得车辆10可以根据两个激光测距仪的距离计算车辆10的偏移角度，进而对自身进行角度微调以精确对准电池30，可以精确到毫米级。
5.本申请中的第一相机112和第二相机113均采用小视野镜头，使得二维码在图像中成像更为清晰，从而解算到更为精准的数据；同时，由于视野小视野镜头，使得二维码距离相机本体可粘贴范围更远，增加了可选择区域。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
1.一种用于搬运卡车电池的车辆的定位系统，其特征在于，包括陀螺仪、第一相机、第二相机、第一二维码、第二二维码、图像处理单元、数据处理单元、第一激光测距仪和第二激光测距仪，所述陀螺仪用于测量所述车辆的偏转角度以使所述车辆根据所述偏转数据调整行驶路线，所述第一相机设于所述车辆的正上方，所述第二相机设于所述车辆的正前方，所述第一二维码设于天花板，所述第二二维码设于所述卡车电池的外表面，所述第一相机用于识别所述第一二维码，所述第二相机用于识别所述第二二维码，所述图像处理单元用于获取所述第一二维码信息和所述第二二维码信息，所述第一二维码信息和所述第二二维码信息包括位置和方向，所述第一激光测距仪和所述第二激光测距仪分别安装在所述车辆的左右两侧且光轴相互平行，所述图像处理单元、所述陀螺仪、第一激光测距仪和第二激光测距仪分别与所述数据处理单元电连接。
2.如权利要求1所述的用于搬运卡车电池的车辆的定位系统，其特征在于，所述第一相机和第二相机均包括小视野镜头。
3.如权利要求1所述的用于搬运卡车电池的车辆的定位系统，其特征在于，所述第一二维码之间间隔1.1～1.5米。
4.一种包括如权利要求1-3任一项所述定位系统的用于搬运卡车电池的车辆。
5.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，进一步包括车轮组件，所述车轮组件包括车轮和用于驱动所述车轮运动的驱动器。
技术总结