Digital twin and extended reality for teleoperation of the electric vehicle battery disassembly
作者: Tero Kaarlela, Sami Salo, Jose Outeiro
分类: cs.RO
发布日期: 2025-07-20
DOI: 10.2139/ssrn.4489360
💡 一句话要点
提出基于数字孪生和扩展现实的电动汽车电池遥操作拆卸系统，提升安全性和效率。
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 数字孪生 扩展现实 遥操作 电动汽车电池 机器人操作系统
📋 核心要点
- 人工拆卸电动汽车电池存在安全隐患，如触电和接触有毒化学品，亟需更安全的解决方案。
- 该方案提出一种基于数字孪生和扩展现实的遥操作系统，实现安全拆卸和分类电动汽车电池。
- 在线实验验证了该系统的用户友好性，表明其在电池拆卸领域具有应用潜力。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种用于安全拆卸和分类电动汽车电池（EVB）的遥操作系统，旨在通过闭环供应链支持向电动汽车的可持续转型。目前，人工拆卸过程使工人面临触电和有毒化学品等危险。该系统允许人机协作，创建并保存未知EVB类型的拆卸序列，为未来的自动化奠定基础。系统利用RGB相机对齐EVB的物理和数字孪生，并基于机器人操作系统（ROS）中间件构建机器人数字孪生。这种混合方法结合了遥操作和自动化，提高了EVB拆卸和分类的安全性、适应性和效率。通过减少对人工的依赖和提高电池回收的吞吐量来实现经济效益。在线初步研究评估了该方法的用户友好性，结果表明其具有作为用户友好型解决方案的潜力。
🔬 方法详解
问题定义：目前电动汽车电池（EVB）的拆卸主要依赖人工，这使得工人暴露于潜在的危险之中，例如触电和有毒化学物质。此外，不同型号的EVB拆卸流程各异，缺乏标准化流程，导致效率低下。现有方法难以兼顾安全性和效率，并且难以适应不同类型的电池。
核心思路：论文的核心思路是利用遥操作技术，将人从危险环境中解放出来。通过构建EVB和机器人的数字孪生，操作员可以在安全的环境中远程控制机器人进行拆卸作业。结合扩展现实技术，操作员可以获得更直观的操作界面和更精确的控制能力。这种方法旨在提高拆卸过程的安全性、适应性和效率。
技术框架：该系统主要包含以下几个模块：1) EVB的物理孪生：真实的电动汽车电池；2) EVB的数字孪生：EVB的3D模型，用于模拟和可视化；3) 机器人的物理孪生：真实的机器人；4) 机器人的数字孪生：基于ROS中间件构建的机器人模型，用于控制和仿真；5) RGB相机：用于对齐物理孪生和数字孪生；6) 扩展现实界面：用于操作员远程控制和监控。操作员通过扩展现实界面控制机器人，机器人执行拆卸任务，RGB相机用于校准物理世界和虚拟世界，确保操作的准确性。
关键创新：该论文的关键创新在于将数字孪生、扩展现实和遥操作技术相结合，应用于电动汽车电池的拆卸。这种混合方法不仅提高了安全性，还增强了系统的适应性，使其能够处理不同类型的电池。此外，系统允许操作员创建和保存拆卸序列，为未来的自动化奠定了基础。与传统的纯人工或纯自动化方法相比，该方法更具灵活性和可扩展性。
关键设计：机器人的数字孪生是基于ROS中间件构建的，这使得系统具有良好的可扩展性和兼容性。RGB相机用于对齐物理孪生和数字孪生，确保操作的准确性。扩展现实界面为操作员提供了直观的操作界面和实时的反馈信息。论文中未提及具体的参数设置、损失函数或网络结构等技术细节，这些可能是未来的研究方向。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
在线初步研究表明，该系统具有良好的用户友好性，操作员可以轻松上手并完成拆卸任务。虽然论文中没有提供具体的性能数据，但研究结果表明该系统具有作为用户友好型解决方案的潜力，能够有效提高电池拆卸的效率和安全性。未来的研究可以进一步量化系统的性能提升，并与其他方法进行比较。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于电动汽车电池回收行业，实现电池拆卸的自动化和智能化，降低人工成本，提高生产效率，并显著提升作业安全性。此外，该技术也可推广至其他危险环境下的远程操作任务，如核废料处理、深海勘探等，具有广阔的应用前景。
📄 摘要（原文）
Disassembling and sorting Electric Vehicle Batteries (EVBs) supports a sustainable transition to electric vehicles by enabling a closed-loop supply chain. Currently, the manual disassembly process exposes workers to hazards, including electrocution and toxic chemicals. We propose a teleoperated system for the safe disassembly and sorting of EVBs. A human-in-the-loop can create and save disassembly sequences for unknown EVB types, enabling future automation. An RGB camera aligns the physical and digital twins of the EVB, and the digital twin of the robot is based on the Robot Operating System (ROS) middleware. This hybrid approach combines teleoperation and automation to improve safety, adaptability, and efficiency in EVB disassembly and sorting. The economic contribution is realized by reducing labor dependency and increasing throughput in battery recycling. An online pilot study was set up to evaluate the usability of the presented approach, and the results demonstrate the potential as a user-friendly solution.