具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供一种视觉定位系统。参照图1，该视觉定位系统包括第一视觉传感器501、第二视觉传感器502、位置获取单元503。

第一视觉传感器501用于获取目标装置的第一位置的第一图像；第二视觉传感器502用于获取目标装置的第二位置的第二图像。位置获取单元503用于根据第一图像和第二图像得到目标装置的位置信息。

具体实施时，参照图2，第一视觉传感器501沿箭头所示方向获取目标装置第一图像，第一图像中包括目标装置上的第一位置A；第二视觉传感器502沿箭头所示方向获取目标装置第二图像，第二图像中包括目标装置上的第二位置B。位置获取单元503接受第一图像和第二图像后，进行图像处理，从而得到目标装置的位置信息。

本实施例的视觉定位系统基于视觉传感器获取目标装置的图像，并基于图像处理算法获得目标装置的位置信息，通过视觉方式获取较高的定位精度。当本实施例的视觉定位系统应用于电动汽车换电领域时，可以帮助快速准确地实现换电设备与电池托架的准确定位。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供一种视觉定位系统。在本实施例中，位置获取单元503还根据目标装置的位置信息和目标装置的参考位置信息的得到位置调整量。

作为一种可选的实施方式，位置获取单元503根据第一视觉传感器501、第二视觉传感器502实时获取的图像以及预先设置的目标装置的参考图像，进行图像处理，以得到位置调整量。

在一种可选的实施方式中，位置获取单元503根据第一图像和第一参考图像获取水平位移量。图3给出了第一参考图像G1的一种示意。第一参考图像G1预存在位置获取单元503中。第一参考图像G1包括目标装置上的第一位置A。通过分析第一参考图像G1，位置获取单元503得到目标装置上的第一位置A在第一参考图像G1中对应的像素在第一参考图像G1中的位置，作为定位的参考，为了便于说明，称为“目标位置”。位置获取单元503得到目标位置的过程可以采用本领域已经公开的算法实现，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。

图4给出了第一图像G11的一种示意。第一图像G11中包括目标装置上的第一位置A。通过分析第一图像G11，位置获取单元503得到目标装置上的第一位置A在第一图像G11中对应的像素在第一图像G11中的位置，为了便于说明，称为实时位置。位置获取单元503得到目标位置的过程可以采用本领域已经公开的算法实现，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。

在一种可选的实施方式中，位置获取单元根据第一图像和第一参考图像获取水平位移量。根据图像处理算法，位置获取单元503根据目标位置和实时位置得到第一水平位移量和第一垂直位移量。通过将第一视觉传感器501移动第一水平位移量和第一垂直位移量，可以使得第一视觉传感器501拍摄到与第一参考图像G1一致的图像。位置获取单元503得到第一视觉传感器501第一水平位移量和第一垂直位移量的过程可以采用本领域已经公开的算法实现，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。位置获取单元以第一水平位移量作为水平位移量，通过移动相应的水平位移量，可以实现对应的水平位移，以达到在水平方向上与目标装置相匹配；类似地，通过移动相应的直位位移量，可以实现对应的直位位移，以达到在直位方向上与目标装置相匹配。

在另一种可选的实施方式中，位置获取单元根据第二图像和第二参考图像获取水平位移量。位置获取单元503根据第二图像和预存的第二参考图像获取第二水平位移量和第二垂直位移量。通过将第二视觉传感器502移动第二水平位移量和第二垂直位移量，可以使得第二视觉传感器502拍摄到与第二参考图像一致的图像。位置获取单元以第二水平位移量作为水平位移量，通过移动相应的水平位移量，可以实现对应的水平位移，以达到在水平方向上与目标装置相匹配；类似地，通过移动相应的直位位移量，可以实现对应的直位位移，以达到在直位方向上与目标装置相匹配。

在另一种可选的实施方式中，目标装置的参考位置信息预先存储在位置获取单元503中。位置获取单元503根据预存的目标装置的参考位置信息和实时获取到目标装置的位置信息得到位置调整量。根据位置调整量调整第一视觉传感器501、第二视觉传感器502，可以使得第一视觉传感器501拍摄到与第一参考图像一致的图像，使得第二视觉传感器502拍摄到与第二参考图像一致的图像。

作为一种可选的实施方式，参照图5，当第一视觉传感器501和第二视觉传感器502设置于位置调整机构8上时，第一视觉传感器501设置在与第一位置A对应的位置，第二视觉传感器502设置在第二位置B对应的位置，第一位置A和第二位置B之间具有第一预设间距D3，第一视觉传感器501和第二视觉传感器502之间具有第二预设距离L。位置获取单元503对第一图像进行图像处理，得到第一景深，第一景深值第一图像中第一位置A的景深值D1；位置获取单元503对第二图像进行图像处理，得到第二景深，第二景深值第二图像中第二位置B的景深值D2。位置获取单元503获得景深值的具体方式可以采用本领域公开的算法实现，是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。位置获取单元503得到两个景深值的差值D＝|D2-D1|。位置获取单元503根据景深值的差值D、第一视觉传感器501和第二视觉传感器502之间的距离L以及第一位置A与第二位置B之间的距离D3，依据三角函数原理，可以得到旋转角度量θ。位置调整机构8按照旋转角度量θ向相应方向旋转，可以使得目标装置7与位置调整机构8向平行。

该视觉定位系统可以通过水平位移量、垂直位移量和角度旋转量中的至少一个来实现多个方向上的定位控制，以保证多维度定位控制需求。

实施例3

本实施例提供一种换电设备，用于为电动汽车换电。参照图6，该换电设备包括实施例1或实施例2的视觉定位系统801。以电动汽车的电池托架为目标装置，第一视觉传感器获取电池托架的第一位置的第一图像；第二视觉传感器获取电池托架的第二位置的第二图像；位置获取单元根据第一图像和第二图像得到电池托架的位置信息。该视觉定位系统通过视觉方式对电池托架进行准确定位，从而使该换电设备与锁止有电池包的电池托架相对准，从而实现准确换电。

实施例4

在实施例3的基础上，本实施例提供一种换电设备。参照图7，该换电设备还包含解锁机构802和位置调整机构。解锁机构802用于对锁止在电池托架上的电池包进行解锁，位置调整机构用于根据视觉定位系统获取的水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个调整解锁机构802的位置直至解锁机构802与电池托架上的解锁件完成定位。

本实施例的换电设备设置于换电站，当电动汽车进入换电站停放至预设的停车位后，本实施例的换电设备在位置调整机构的控制下向电动汽车移动，并根据视觉定位系统获取的水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个调整解锁机构802的位置直至解锁机构802与电池托架上的解锁件完成定位。

作为一种可选的实施方式，第一视觉传感器501和第二视觉传感器502设置于解锁机构802上。根据视觉定位系统获取的位置调整量对解锁机构802的位置进行调整解锁，即可使解锁机构802与电池托架上的解锁件完成定位。第一视觉传感器501和第二视觉传感器502设置于解锁机构802上，则该视觉定位系统获取的电池托架位置信息，直观体现了解锁机构与电池托架之间的位置关系，有助于提高定位精度，便于进行换电操作。

具体实施时，位置调整机构包含控制单元、水平移动单元、垂直移动单元以及旋转单元，控制单元与视觉定位系统通信连接，从而根据水平位移量、垂直位移量和旋转角度量中的至少一个对应控制水平移动单元、垂直移动单元或旋转单元移动至调整位置。

在一种可选的实施方式中，本实施例的换电设备的初始位置与换电站内的停车位相匹配。当电动汽车停放在停车位上准备换电时，该电动汽车的停车状态往往难以与准确的换电位置相一致，而是存在偏差。此时，该换电设备即可根据电动汽车的停车状态对换电设备进行定位并调整换电设备的位置与电动汽车实现精确对准，实现了快速高效的定位，无需调整电动汽车的停车位置，提高换电效率。

为了实现水平移动，水平移动单元包括轨道、导轮和水平驱动器，水平驱动器用于根据水平位移量驱动导轮沿轨道移动。作为一种可选的实施方式，参照图7、图8，轨道包括天轨701和地轨702，导轮包括天轨导轮703和地轨导轮704。天轨导轮703与天轨701对应设置，地轨导轮704与地轨702对应设置。水平驱动器分别驱动天轨导轮703沿天轨701在X轴方向(即水平方向)上移动，驱动地轨导轮704沿地轨702移动，从而实现解锁机构的水平移动。图7中，X轴、Y轴、Z轴两两垂直。图8中示出了换电执行机构803的框架，未示出具体结构，换电执行机构的具体结构是本领域技术人员能够实现的，此处不再赘述。

当电动汽车停放在停车位上准备换电时，如果电动汽车的停车状态与准确的换电位置在水平方向上存在偏差，则根据水平位移量移动解锁机构，可以使得解锁机构在水平方向上与电动汽车的电池托架的位置相匹配，具有较高的精度，为准确解锁提供了保障。

在本实施例中，通过水平驱动器可以根据水平位移量自动驱动解锁结构在水平方向的移动，通过轨道和导轨的配合可以提高解锁机构在水平方向运动的效率及稳定性。

视觉定位系统获取的垂直位移量包括第一垂直位移量和第二垂直位移量，其中，第一垂直位移量根据第一图像获得，第二垂直位移量根据第二图像获得。

作为一种具体的实施方式，垂直移动单元包括第一垂直驱动器61、第二垂直驱动器62、第一升降机构、第二升降机构和换电执行机构803，第一垂直驱动器连接于第一升降机构，第二垂直驱动器连接于第二升降机构，第一升降机构、第二升降机构分别连接于换电执行机构的两端以带动换电执行机构的两端升降移动；第一垂直驱动器用于根据第一垂直位移量驱动第一升降机构，第二垂直驱动器用于根据第二垂直位移量驱动第二升降机构。

具体实施时，第一升降机构包括第一链条706和对应设置的第一链轮611，第一链条706在第一垂直驱动器61的驱动下带动第一链轮611沿垂直方向(即Z轴方向)移动，以带动换电执行机构803沿垂直方向移动。第二升降机构包括第二链条621和对应设置的第二链轮622，第二链条621在第二垂直驱动器62的驱动下带动第二链轮622沿垂直方向移动，以带动换电执行机构803沿垂直方向移动。

当电动汽车停放在停车位上准备换电时，如果电动汽车的停车状态与准确的换电位置在垂直方向上存在偏差，则根据垂直位移量移动解锁机构，可以使得解锁机构在垂直方向上与电动汽车的电池托架的位置相匹配，具有较高的精度，为准确解锁提供了保障。

在本实施例中，通过第一垂直驱动器及第二垂直驱动器可以分别根据第一垂直位移量和第二垂直位移量自动驱动第一升降机构及第二升降机构升降，以带动换电执行机构的两端进行升降，从而进一步带动与之连接的解锁机构两端的升降以调整解锁机构在竖直方向上的位置，进一步提高了解锁机构在竖直方向位置调整时的稳定性。

在一种可选的实施方式中，参照图9，旋转单元包括转盘811和旋转驱动器812，转盘811套在换电执行机构803的底部，旋转驱动器812连接于转盘811并用于根据旋转角度量驱动转盘811带动换电执行机构803旋转。

当电动汽车停放在停车位上准备换电时，如果电动汽车的停车状态与准确的换电位置存在角度上的偏差，则解锁装置等伸出后将难以对准解锁目标，或者换电执行机构伸出后难以对准电池托架。本实施例的换电设备能够通过视觉定位系统获取电动汽车的停车状态与准确的换电位置角度偏差，例如，图5所示的角度θ，并以该角度θ作为旋转角度量调整换电设备的姿态，从而使得换电设备的姿态与电动汽车的停车状态相匹配，以便解锁机构与电池托架上的解锁件相对准，从而实现高效准确的换电操作。

在本实施例中，通过旋转驱动器可以根据旋转角度量自动驱动转盘旋转以带动换电执行机构旋转，从而进一步带动与之连接的解锁机构旋转以调整解锁机构在角度上的位置，进一步提高了解锁机构在调整角度时稳定性。

实施例5

本实施例提供一种换电控制方法。参照图10，换电控制方法包括以下步骤：

步骤S91、获取电池托架的位置信息。

步骤S92、根据位置信息与对应的参考位置信息获取位置调整量。

步骤S93、根据位置调整量调整解锁机构的位置至解锁机构与电池托架上的解锁件相对准。

在一种可选的实施方式中，该换电控制方法采用实施例4的换电设备实现。其中，视觉定位系统获取电池托架的位置信息，并根据位置信息与对应的参考位置信息获取位置调整量。然后，位置调整机构根据位置调整量调整解锁机构802的位置至解锁机构802与电池托架上的解锁件相对准，以实现解锁和换电。

本实施例的换电控制方法能够准确获取电池托架的位置信息，从而实现准确换电。

实施例6

在实施例5的基础上，本实施例提供一种换电控制方法。作为一种可选的实施方式，该换电控制方法采用实施例4的换电设备实现。

参照图11，在步骤S91之前，该换电控制方法还包括以下步骤：

步骤S90、根据预设值控制解锁机构移动至粗定位位置。

通过水平移动单元、垂直移动单元的驱动，可以控制解锁机构移动至预设的粗定位位置。具体实施时，上述换电设备设置于换电站。当车辆进入换电站进行换电时，会停放至相应的停车位。该预设的粗定位位置与相应的停车位相对应。解锁机构802移动至预设的粗定位位置，则解锁机构802与车辆的电池托架的位置关系已经达到了预估的范围。接下来，根据上述视觉定位系统对电池托架的定位，即可使得解锁机构802与电池托架上的解锁件完成准确定位。

在一种可选的实施方式中，参照图12，步骤S91包括：

步骤S911、获取电池托架的第一位置的第一图像。

步骤S912、获取电池托架的第二位置的第二图像。

步骤S913、根据第一图像和第二图像得到电池托架的位置信息。

在换电过程中，电池托架作为视觉定位系统定位的目标装置，电池托架上预设有第一位置A和第二位置B。参照图2，第一视觉传感器501沿箭头所示方向获取目标装置第一图像，第一图像中包括目标装置上的第一位置A；第二视觉传感器502沿箭头所示方向获取目标装置第二图像，第二图像中包括目标装置上的第二位置B。位置获取单元503接受第一图像和第二图像后，进行图像处理，从而得到目标装置的位置信息。

当电动汽车停放在停车位上准备换电时，该电动汽车的停车状态往往难以与准确的换电位置相一致，而是存在偏差。此时，根据本实施例的换电控制方法即可根据电动汽车的停车状态对换电设备进行定位并调整换电设备的位置与电动汽车实现精确对准，实现了快速高效的定位，无需调整电动汽车的停车位置，提高换电效率。

具体实施时，步骤S92包括：

根据第一图像和第一位置对应的第一参考图像或第二图像和第二位置对应的第二参考图像获取水平位移量；或

根据第一图像和第一参考图像以及第二图像和第二参考图像分别得到第一垂直位移量和第二垂直位移量；或

根据第一位置在第一图像中的景深值和第二位置在第二图像中的景深值获取旋转角度量。

作为一种可选的实施方式，在步骤S92中，通过分析第一参考图像G1，位置获取单元503得到目标装置上的第一位置A在第一参考图像G1中对应的像素在第一参考图像G1中的位置，作为定位的参考，为了便于说明，称为“目标位置”。通过分析第一图像G11，位置获取单元503得到目标装置上的第一位置A在第一图像G11中对应的像素在第一图像G11中的位置，为了便于说明，称为实时位置。根据图像处理算法，位置获取单元503根据目标位置和实时位置得到第一视觉传感器501第一水平位移量和第一垂直位移量。通过将第一视觉传感器501移动第一水平位移量和第一垂直位移量，可以使得第一视觉传感器501拍摄到与第一参考图像G1一致的图像。

类似地，位置获取单元503根据第二图像和预存的第二参考图像获取第二水平位移量和第二垂直位移量。通过将第二视觉传感器502移动第二水平位移量和第二垂直位移量，可以使得第二视觉传感器502拍摄到与第二参考图像一致的图像。

参照图7、图8，水平驱动器分别驱动天轨导轮703沿天轨701在X轴方向(即水平方向)上移动，驱动地轨导轮704沿地轨702移动，从而实现解锁机构802的水平移动。

当电动汽车停放在停车位上准备换电时，如果电动汽车的停车状态与准确的换电位置在水平方向上存在偏差，则根据水平位移量移动解锁机构，可以使得解锁机构在水平方向上与电动汽车的电池托架的位置相匹配，具有较高的精度，为准确解锁提供了保障。

参照图7、图8，第一链条706在第一垂直驱动器61的驱动下带动第一链轮611沿垂直方向(即Z轴方向)移动，第二链条621在第二垂直驱动器62的驱动下带动第二链轮622沿垂直方向移动，以带动换电执行机构803沿垂直方向移动。

当电动汽车停放在停车位上准备换电时，如果电动汽车的停车状态与准确的换电位置在垂直方向上存在偏差，则根据垂直位移量移动解锁机构，可以使得解锁机构在垂直方向上与电动汽车的电池托架的位置相匹配，具有较高的精度，为准确解锁提供了保障。

位置获取单元503根据第一位置在第一图像中的景深值和第二位置在第二图像中的景深值获取旋转角度量。参照图9，旋转驱动器812根据旋转角度量驱动转盘811带动换电执行机构803旋转。

当电动汽车停放在停车位上准备换电时，如果电动汽车的停车状态与准确的换电位置存在角度上的偏差，则解锁装置等伸出后将难以对准解锁目标，或者换电执行机构伸出后难以对准电池托架。根据本实施例的换电控制方法，可以获取电动汽车的停车状态与准确的换电位置角度偏差，例如，图5所示的角度θ，并以该角度θ作为旋转角度量调整换电设备的姿态，从而使得换电设备的姿态与电动汽车的停车状态相匹配，以便解锁机构与电池托架上的解锁件相对准，从而实现高效准确的换电操作。

在根据位置调整量调整解锁机构的位置至解锁机构与电池托架上的解锁件相对准的步骤之后，在步骤94中，伸出解锁机构802直至与解锁件配合到位并进行解锁，进而执行换电操作。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。