一种无人换电站的人机交互系统的制作方法

1.本发明属于人机交互技术领域，特别是涉及一种无人换电站的人机交互系统。


背景技术：

2.新能源汽车与传统燃油汽车相比具有零排放、低噪声、高能效、运行及维修成本低廉等优点，在清洁、环保、节能等方面占据着明显的优势。新能源汽车的动力来源为装载于车体内部的动力蓄电池，当动力电池的电能消耗到一定程度时，就必须对其进行能量补充，以保证新能源汽车能够持续循环使用。目前新能源汽车重要的能量补给方式之一是电池更换。电池更换指用充满电能的动力电池替换新能源汽车上电能已经耗尽的动力电池来完成电能补充。
3.目前，无人换电站要求具有良好的人机交互功能和安全预警功能，但现有的无人换电站采用传统的建设方式，大多结构复杂、导致用户操作交互性能差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种无人换电站的人机交互系统，通过在主控计算机上设置数据采集层、算法处理层和执行控制层，利用图像采集层采集的数据发送的算法处理层进行处理后，由执行控制层接收操作指令来进行操作，解决了现有的无人换电站智能化水平不高、人机交互性能不佳、用户操作不便捷的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明为一种无人换电站的人机交互系统，包括安装在无人换电站的主控计算机、部署在主控计算机上的数据采集层、算法处理层和执行控制层；
7.所述数据采集层包括双目摄像机、拾音器、温度传感器、陀螺仪传感器和加速度传感器；
8.所述算法处理层包括图像处理模块、语音识别模块、机械臂识别模块和异常诊断模块；所述算法处理层，用于获取数据采集层采集上传的信息进行处理，并通过io流传输给执行控制层；
9.所述执行控制层包括机械臂、触摸显示屏、干粉灭火器和声光报警器。
10.优选地，所述双目摄像机，用于采集进入换电站的车辆图像信息、车辆内电池的图像信息以及机械手臂的运动图像信息；所述双目摄像机通过图像处理模块与主控计算机连接；所述图像处理模块，用于对汽车电池的图像进行处理以及机械手臂的图像进行处理。
11.优选地，所述拾音器，用于采集用户的语音信息；所述拾音器通过语音识别模块与主控计算机连接；所述语音识别模块，用于对用户的语音进行识别后将语音转化成操作指令。
12.优选地，所述温度传感器安装在换电站电池箱内；所述温度传感器，用于采集电池箱内温度，并将采集的温度值发送至主控计算机。
13.优选地，所述陀螺仪传感器和加速度传感器均安装在机械手臂内；所述陀螺仪传
感器，用于实时获取机械手臂的角速度信息；所述加速度传感器，用于实时获取机械手臂的加速度信息；所述陀螺仪传感器和加速度传感器均通过机械臂识别模块与主控计算机连接。
14.优选地，所述图像处理模块的工作流程如下：
15.步骤s1：通过数据中心的本地车辆图库或者双目摄像机来获取图像；
16.步骤s2：使用车辆检测算法完成车辆的检测，对获取的车辆进行图形学的处理；
17.步骤s3：将车辆电池位置在图片中标记出来，并进行电池的跟踪和标记；
18.步骤s5：基于pca车辆识别算法对车辆图片的特征进行提取并与车辆图库中提取的车辆图像特征进行匹配；
19.步骤s6：计算比对的相似结果，确定车辆类型以及车辆电池位置。
20.优选地，所述机械臂识别模块的工作流程如下：
21.步骤j1：将陀螺仪传感器和加速度传感器采集的信息传入滤波器组；
22.步骤j2：滤波器组内的依次进行均值滤波处理、卡尔曼滤波处理和fir滤波处理；
23.步骤j3：对滤波处理后的角速度进行姿态角解算；
24.步骤j4：确定机械手臂的运动状态。
25.优选地，所述步骤j3中，姿态角的解算的具体方法如下：
26.设传感器三轴姿态角速度分别为ω
x
、ω
y
和ω
z
，从参考坐标系依次转过γ、θ和角，则机械手臂的坐标系为：
[0027][0028]
得到姿态角的表达式为：
[0029][0030]
优选地，所述语音识别模块包括交互界面、离线语音词典和语法库；所述交互界面，用于接收用户的语音消息；所述离线语音词典，用于与语音词典进行比对将语音转化成文字；所述语法库，用于与语法库进行比对将文字转化成操作指令。
[0031]
本发明具有以下有益效果：
[0032]
(1)本发明通过在主控计算机上设置数据采集层、算法处理层和执行控制层，利用图像采集层采集的数据发送的算法处理层进行处理后，由执行控制层接收操作指令来进行操作，提高了无人换电站智能化水平，方便用户操作。
[0033]
(2)本发明通过在机械手臂内安装陀螺仪传感器和加速度传感，将陀螺仪传感器和加速度传感采集的数据进行坐标的判断，利用坐标的不断变化快速对机械手臂进行精准定位，保证机械手臂操作的精准度，减少操作出现失误的概率。
[0034]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1为本发明的一种无人换电站的人机交互系统结构示意图。
具体实施方式
[0037]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
请参阅图1所示，本发明为一种无人换电站的人机交互系统，包括安装在无人换电站的主控计算机、部署在主控计算机上的数据采集层、算法处理层和执行控制层；
[0039]
包括双目摄像机、拾音器、温度传感器、陀螺仪传感器和加速度传感器；
[0040]
算法处理层包括图像处理模块、语音识别模块、机械臂识别模块和异常诊断模块；算法处理层，用于获取数据采集层采集上传的信息进行处理，并通过io流传输给执行控制层；
[0041]
执行控制层包括机械臂、触摸显示屏、干粉灭火器和声光报警器。
[0042]
其中，双目摄像机，用于采集进入换电站的车辆图像信息、车辆内电池的图像信息以及机械手臂的运动图像信息；双目摄像机通过图像处理模块与主控计算机连接；图像处理模块，用于对汽车电池的图像进行处理以及机械手臂的图像进行处理。
[0043]
其中，拾音器，用于采集用户的语音信息；拾音器通过语音识别模块与主控计算机连接；语音识别模块，用于对用户的语音进行识别后将语音转化成操作指令。
[0044]
其中，温度传感器安装在换电站电池箱内；温度传感器，用于采集电池箱内温度，并将采集的温度值发送至主控计算机。
[0045]
其中，陀螺仪传感器和加速度传感器均安装在机械手臂内；陀螺仪传感器，用于实时获取机械手臂的角速度信息；加速度传感器，用于实时获取机械手臂的加速度信息；陀螺仪传感器和加速度传感器均通过机械臂识别模块与主控计算机连接。
[0046]
其中，图像处理模块的工作流程如下：
[0047]
步骤s1：通过数据中心的本地车辆图库或者双目摄像机来获取图像；
[0048]
步骤s2：使用车辆检测算法完成车辆的检测，对获取的车辆进行图形学的处理；
[0049]
步骤s3：将车辆电池位置在图片中标记出来，并进行电池的跟踪和标记；
[0050]
步骤s5：基于pca车辆识别算法对车辆图片的特征进行提取并与车辆图库中提取的车辆图像特征进行匹配；
[0051]
步骤s6：计算比对的相似结果，确定车辆类型以及车辆电池位置。
[0052]
其中，机械臂识别模块的工作流程如下：
[0053]
步骤j1：将陀螺仪传感器和加速度传感器采集的信息传入滤波器组；
[0054]
步骤j2：滤波器组内的依次进行均值滤波处理、卡尔曼滤波处理和fir滤波处理；
[0055]
步骤j3：对滤波处理后的角速度进行姿态角解算；
[0056]
步骤j4：确定机械手臂的运动状态。
[0057]
其中，步骤j3中，姿态角的解算的具体方法如下：
[0058]
设传感器三轴姿态角速度分别为ω
x
、ω
y
和ω
z
，从参考坐标系依次转过γ、θ和角，则机械手臂的坐标系为：
[0059][0060]
得到姿态角的表达式为：
[0061][0062]
本实施例的一个具体应用为：
[0063]
对进入换电站的车辆进行识别时：当车辆进入换电站时，车辆倒入指定的停车位中，由双目摄像头采集车辆的周侧的图片，用车辆检测算法完成车辆的检测，对获取的车辆进行图形学的处理，将处理后的车辆图像通过识别算法进行车辆的特征提取，提取后的数据进行比对自动判断车辆的品牌以及型号，并从数据库中获取该型号的车辆的具体信息以及车辆电池的安装方式发送至执行控制层，控制层发送操作指令至机械臂进行电池的更换操作；
[0064]
对换电站的充电箱进行监控时：由于电池在换电站进行充电的过程中，很容易发热造成电池的燃烧，危害极大容易造成极大的生命财产安全；因此，申请文件在每个电池箱内均安装了温度传感器，当温度传感器检测到温度超过异常值时，故障诊断模块会根据当前的温度值进行判断，若温度超过预设的值，则控制声光报警进行报警，当温度传感器检测的温度超过100摄氏度时，由干粉灭火器直接进行燃烧的汽车电池进行扑灭，对换电站的车辆电池起到保护作用，防止造成更大的事故；
[0065]
对换电站的汽车进行车辆电池更换时：
[0066]
在机械手臂内安装陀螺仪传感器和加速度传感，将陀螺仪传感器和加速度传感采集的数据进行坐标的判断，利用坐标的不断变化快速对机械手臂进行精准定位，保证机械手臂操作的精准度，减少操作出现失误的概率。
[0067]
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0068]
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
[0069]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明
的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。