本發(fā)明涉及汽車制造技術(shù)，尤其涉及一種智能化柔性車身定位系統(tǒng)及其定位方法。

背景技術(shù)：

汽車焊裝生產(chǎn)過程中，很多企業(yè)需要在某條單一生產(chǎn)線上生產(chǎn)多種不同形狀或尺寸但定位孔相似或相近的車型，生產(chǎn)中要求生產(chǎn)線上的車身定位系統(tǒng)可以按照生產(chǎn)指示自動切換成適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)形式的狀態(tài)，這樣可以優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和工裝，減少設(shè)備投入和生產(chǎn)空間，也便于根據(jù)訂單快速配置生產(chǎn)資源。通常車身主體的主要定位點(diǎn)為4-8個，分布在車身底板各個區(qū)域內(nèi)，而不同車型的這些定位點(diǎn)的相互對應(yīng)關(guān)系也不一致，定位孔徑也不相同，因此，要實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)必須要依賴智能化控制方案，而目前市場上主流的柔性車身定位系統(tǒng)多以PLC或運(yùn)動板卡為平臺基礎(chǔ)實施控制方案，其技術(shù)成熟、可靠，但是也存在一些缺點(diǎn)，例如：

1）對于線體來說，布局較為困難，如果進(jìn)行集中式布局（所有伺服電機(jī)控制集中于1個運(yùn)動模塊），則布線非常復(fù)雜，嚴(yán)重限制設(shè)備布置和工藝方案的靈活性；如果建立子系統(tǒng)進(jìn)行分布式布局則會有非常多的硬件和投資冗余，也不經(jīng)濟(jì)；

2）整個系統(tǒng)脫離機(jī)器人系統(tǒng)，需要通過上位PLC再與各工位機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行通訊，響應(yīng)容易滯后；

3）實際調(diào)試、編程、應(yīng)用不方便，機(jī)器人和柔性定位系統(tǒng)間安全區(qū)設(shè)置比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)疏漏而造成意外干涉，并且故障排查困難；

4）各電機(jī)單獨(dú)調(diào)試，若要實現(xiàn)多軸同步功能和位置確定時，往往都需要多人同時協(xié)作才能完成，極大影響生產(chǎn)效率。

因此，確有必要提供一種智能化柔性車身定位系統(tǒng)來解決上述一個或多個技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種智能化柔性車身定位系統(tǒng)及其定位方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種智能化柔性車身定位系統(tǒng)，包括若干機(jī)械本體及與所述機(jī)械本體連接的機(jī)器人控制柜，所述機(jī)械本體包括在水平面內(nèi)運(yùn)動的橫向運(yùn)動組件和縱向運(yùn)動組件以及在豎直平面內(nèi)運(yùn)動的豎向運(yùn)動組件；所述機(jī)器人控制柜包括柜體、安裝于柜體內(nèi)的驅(qū)動器以及連接驅(qū)動器的控制器，所述驅(qū)動器與所述機(jī)械本體雙向通信連接，所述控制器連接至所述柜體外的一上位機(jī)和一示教器。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述橫向運(yùn)動組件支撐于所述縱向運(yùn)動組件的底部，且包括伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、傳動絲杠及傳動螺母；所述伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器的傳導(dǎo)帶動所述傳動絲杠轉(zhuǎn)動，所述傳動絲杠與所述傳動螺母配合以帶動傳動螺母做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述傳動螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動按照一定比例轉(zhuǎn)換成平臺底座的直線運(yùn)動。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述縱向運(yùn)動組件包括縱向延伸的基架、安裝于所述基架上的縱向延伸的頂部導(dǎo)軌、位于頂部導(dǎo)軌下方且與頂部導(dǎo)軌平行設(shè)置的底部導(dǎo)軌、以及安裝于所述頂部導(dǎo)軌和底部導(dǎo)軌上的滑動座。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述頂部導(dǎo)軌與底部導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)相同，但兩者的朝向不同。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述基架的頂部設(shè)有容納頂部導(dǎo)軌的頂部槽道，所述頂部槽道的開口朝上設(shè)置，所述基架的底部設(shè)有容納底部導(dǎo)軌的底部槽道，所述底部槽道的開口朝向所述豎向運(yùn)動組件設(shè)置。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述滑動座呈L型，其用于固定連接所述豎向運(yùn)動組件，且滑動座的上、下兩端分別卡持于所述頂部導(dǎo)軌和底部導(dǎo)軌上，以實現(xiàn)沿所述導(dǎo)軌實現(xiàn)水平面內(nèi)的直線滑移。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述縱向運(yùn)動組件還包括位于頂部導(dǎo)軌與底部導(dǎo)軌之間的傳動桿、罩設(shè)于所述基架外圍的第一罩體以及支撐所述基架的固定座。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述豎向運(yùn)動組件固定于所述縱向運(yùn)動組件的滑動座上，并包括豎直設(shè)置的升降軌、安裝于升降軌上的U型連接板和升降座、以及與所述升降座連接的傳動機(jī)構(gòu)。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述豎向運(yùn)動組件還包括罩設(shè)于升降軌、升降座和傳動機(jī)構(gòu)外圍的第二罩體，所述U型連接板罩設(shè)于所述升降座的外圍且設(shè)置于所述第二罩體外，其上開設(shè)有大量的固定孔。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種采用前述車身定位系統(tǒng)的車身定位方法，包括如下步驟：

將空載的機(jī)械本體移動到預(yù)設(shè)位置，并記錄位置信息；

將待加工車身放置于機(jī)械本體上，并獲取車身重量信息；

根據(jù)車身重量與機(jī)械本體位置變化量之間的函數(shù)關(guān)系，得到機(jī)械本體的位置變化量；

根據(jù)前述變化量，調(diào)整機(jī)械本體至所述預(yù)設(shè)位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過改良機(jī)械本體的構(gòu)造以及完善控制系統(tǒng)，使得機(jī)械本體上安裝的定位工裝可實現(xiàn)三向運(yùn)動，可以最大限度擴(kuò)展同一生產(chǎn)線可生產(chǎn)類似車型產(chǎn)品的種類及規(guī)格，擴(kuò)大了生產(chǎn)線的適用范圍，從而優(yōu)化和減少大量單一車型的生產(chǎn)設(shè)備，減少生產(chǎn)空間，而且能精確控制車身定位精度，在機(jī)器人控制柜的控制下，各個機(jī)械本體可與機(jī)器人系統(tǒng)保持同步運(yùn)動、提高各個系統(tǒng)間通訊過程的響應(yīng)速度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明智能化柔性車身定位系統(tǒng)的機(jī)械本體的立體圖。

圖2為本發(fā)明智能化柔性車身定位系統(tǒng)的機(jī)械本體的縱向運(yùn)動組件的內(nèi)部示意圖。

圖3為本發(fā)明智能化柔性車身定位系統(tǒng)的機(jī)械本體的豎向運(yùn)動組件的內(nèi)部示意圖。

圖4為本發(fā)明智能化柔性車身定位系統(tǒng)的機(jī)械本體的橫向運(yùn)動組件的傳動原理圖。

圖5為本發(fā)明智能化柔性車身定位系統(tǒng)的連接示意圖。

圖6為本發(fā)明一種實施例中定位位置誤差的修正方法的流程圖。

圖7為本發(fā)明一種實施例中位置誤差的修正方法流程圖。

具體實施方式

請參閱圖1至圖7所示，本發(fā)明提供一種智能化柔性車身定位系統(tǒng)，包括若干機(jī)械本體100、與所述機(jī)械本體100連接的機(jī)器人控制柜200及與機(jī)器人控制柜200連接的示教器300和上位機(jī)400。

所述機(jī)械本體100包括在水平面內(nèi)運(yùn)動的橫向運(yùn)動組件10和縱向運(yùn)動組件20以及垂直于水平面方向運(yùn)動的豎向運(yùn)動組件30，其中，所述橫向運(yùn)動組件10與縱向運(yùn)動組件20均在水平方向內(nèi)運(yùn)動，所述橫向運(yùn)動組件10用于實現(xiàn)左、右方向上的運(yùn)動（即X方向），所述縱向運(yùn)動組件20用于實現(xiàn)前、后方向上的運(yùn)動（即Y方向）。所述橫向運(yùn)動組件10、縱向運(yùn)動組件20及豎向運(yùn)動組件30固定安裝于一平臺底座40上，且所述橫向運(yùn)動組件10位于所述縱向運(yùn)動組件20的下方并與縱向運(yùn)動組件20固定連接，可帶動所述縱向運(yùn)動組件20的橫向位移，所述豎向運(yùn)動組件30則固定于所述縱向運(yùn)動組件20的一側(cè)，用于實現(xiàn)豎直方向內(nèi)的上下位移（即Z方向）。

具體來說，所述橫向運(yùn)動組件10支撐于所述縱向運(yùn)動組件20的底部，且包括伺服電機(jī)11、聯(lián)軸器12、傳動絲杠13及傳動螺母14，如圖4所示，所述伺服電機(jī)11通過聯(lián)軸器12傳導(dǎo)，帶動所述傳動絲杠13轉(zhuǎn)動，所述傳動絲杠13與所述傳動螺母14配合以帶動傳動螺母14做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所述傳動螺母14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動按照一定比例轉(zhuǎn)換成平臺底座40的直線運(yùn)動。

如圖2所示，所述縱向運(yùn)動組件20包括縱向延伸的基架21、安裝于所述基架21上的縱向延伸的頂部導(dǎo)軌22、位于頂部導(dǎo)軌22下方且與頂部導(dǎo)軌22平行設(shè)置的底部導(dǎo)軌23、以及安裝于所述頂部導(dǎo)軌22和底部導(dǎo)軌23上的滑動座24，其中，所述頂部導(dǎo)軌22與底部導(dǎo)軌23的結(jié)構(gòu)相同。所述基架21的頂部設(shè)有容納頂部導(dǎo)軌22的頂部槽道25，所述頂部槽道25的開口朝上設(shè)置，所述基架21的底部設(shè)有容納底部導(dǎo)軌23的底部槽道26，所述底部槽道26的開口朝向所述豎向運(yùn)動組件30設(shè)置，也就是說，所述頂部槽道25與底部槽道26的朝向不同且相互垂直，使得頂部導(dǎo)軌22與底部導(dǎo)軌23的朝向也不同。所述滑動座24呈L型，其用于固定連接所述豎向運(yùn)動組件30，且滑動座24的上、下兩端分別卡持于所述頂部導(dǎo)軌22和底部導(dǎo)軌23上，可沿所述導(dǎo)軌實現(xiàn)水平面內(nèi)的直線滑移。另外，所述縱向運(yùn)動組件20還包括位于頂部導(dǎo)軌22與底部導(dǎo)軌23之間的傳動桿27、罩設(shè)于所述基架21外圍的第一罩體28（可參圖1）以及支撐所述基架21的固定座29，其中，所述傳動桿27的延伸方向與所述頂部導(dǎo)軌22和底部導(dǎo)軌23的延伸方向平行設(shè)置，所述固定座29與所述橫向運(yùn)動組件10固定連接。

如圖3所示，所述豎向運(yùn)動組件30固定于所述縱向運(yùn)動組件20的滑動座24上，并包括豎直設(shè)置的升降軌31、安裝于升降軌31上的U型連接板32和升降座33、以及與所述升降座33連接的傳動機(jī)構(gòu)34。為了提高安全性，所述豎向運(yùn)動組件30還包括罩設(shè)于升降軌31、升降座33和傳動機(jī)構(gòu)34外圍的第二罩體35（參圖1所示），所述U型連接板32罩設(shè)于所述升降座33的外圍且設(shè)置于所述第二罩體35外，其上開設(shè)有大量的固定孔36，可用于安裝固定工件，在本發(fā)明較佳實施例中，所述U型連接板32的內(nèi)側(cè)與所述升降座33固定連接，可隨升降座33的升降實現(xiàn)上、下運(yùn)動。所述傳動機(jī)構(gòu)34包括傳動輪37及同步帶（未圖示），通過兩者的相互配合做傳動方向的轉(zhuǎn)換，以減少整體的尺寸。

如圖5所示，所述機(jī)器人控制柜200包括柜體201、安裝于柜體201內(nèi)的驅(qū)動器、控制器及輸入輸出模塊（即I/O模塊）。其中，所述驅(qū)動器與所述若干個機(jī)械本體100分別連接，用于驅(qū)動各個機(jī)械本體100的運(yùn)行，同時各個機(jī)械本體100在運(yùn)行過程中將反饋數(shù)據(jù)至驅(qū)動器內(nèi)，實現(xiàn)相互通信，所述控制器與所述驅(qū)動器相連，用于獲取各個機(jī)械本體100的運(yùn)行數(shù)據(jù)并向各個機(jī)械本體100發(fā)出指令信號，同時，所述控制器又連接至柜體201外界的所述示教器300和上位機(jī)400，將相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)在示教器300上的人工界面中進(jìn)行展現(xiàn)，方便生產(chǎn)人員的觀測和檢驗，同時示教器300和上位機(jī)400也可對控制器進(jìn)行操控，人工輸入一些指令、參數(shù)以調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

由于車身本身存在較大的重量，因此當(dāng)車身加載至定位系統(tǒng)上后，定位系統(tǒng)在機(jī)械載荷的作用下通常會發(fā)生一些形變，導(dǎo)致定位位置發(fā)生不可預(yù)知的變化。為此，本發(fā)明還提供一種適用于前述智能化柔性車身定位系統(tǒng)的車身定位方法，包括：

將空載的機(jī)械本體100移動到預(yù)設(shè)位置，并記錄位置信息；

將待加工車身放置于機(jī)械本體100上，并記錄車身重量信息；

根據(jù)車身重量與機(jī)械本體100位置變化量之間的函數(shù)關(guān)系，得到機(jī)械本體100的位置變化量；

根據(jù)前述變化量，調(diào)整機(jī)械本體100至所述預(yù)設(shè)位置。

上述方法可對車身位置誤差自動修正，在實際使用時，由操作人員將利用示教器300將機(jī)械本體100移動到需要的位置后記錄此位置點(diǎn)為工作點(diǎn)。但是，為了便于觀測和檢驗，通常此時為機(jī)械本體100不帶負(fù)載狀態(tài)（即車身），當(dāng)實際車身放置時，會使機(jī)械本體100產(chǎn)生變形，從而使車身實際定位位置產(chǎn)生變化。本發(fā)明在系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)置重量負(fù)載與位置變化量的實際關(guān)系，例如，根據(jù)機(jī)械本體100的電機(jī)力矩反饋的檢測結(jié)果，調(diào)整個方向電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而使在接受負(fù)載后，系統(tǒng)能自動修正到原先所需要的示教位置。如圖6所示，為本發(fā)明所述車身定位方法中對定位位置誤差的修正方法的具體實施例，該實施例中具體包括如下步驟：

S1：按照預(yù)定的周期，采集電機(jī)扭矩的變化信息；

S2：若電機(jī)扭矩停止變化，則記錄當(dāng)前扭矩的變化值；

S3：讀取當(dāng)前電機(jī)的編碼器位置；

S4：查表修正，驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行位置調(diào)整；

S5：按照預(yù)定的周期，讀取關(guān)聯(lián)電機(jī)的扭矩變化值；

S6：若關(guān)聯(lián)電機(jī)的扭矩值保持平衡，則讀取關(guān)聯(lián)電機(jī)的編碼值；

S7：當(dāng)編碼器修正差值在對應(yīng)扭矩的變化值范圍內(nèi)，則修正結(jié)束；否則，返回S4。

當(dāng)然，除了負(fù)載導(dǎo)致機(jī)械本體100發(fā)生位置變化誤差之外，在實際生產(chǎn)中還存在機(jī)械加工誤差和安裝誤差，本發(fā)明還提供了這兩種誤差的修正方法的具體實施例，如圖7所示。通常，在機(jī)械本體100安裝后的檢測期間內(nèi)預(yù)留修正參數(shù)，在使用期間中，若發(fā)現(xiàn)精度偏差或是故障檢修后，則需要重新現(xiàn)場修正，程序內(nèi)可以人為調(diào)整修正以提高使用精度。同時，對于監(jiān)測點(diǎn)，為機(jī)械式高精度刻度尺或編碼尺，在校正時安裝在相應(yīng)軸的基座上即可。對于同步帶的使用，由于長期運(yùn)行后，會受材料變形等因素影響到重復(fù)精度，本發(fā)明系統(tǒng)內(nèi)通過電機(jī)力矩反饋和實際使用時間檢測判斷使用條件并給予修正，確保使用期間系統(tǒng)的重復(fù)精度不受影響。

綜上所述，本發(fā)明通過改良機(jī)械本體100的構(gòu)造以及完善控制系統(tǒng)，使得機(jī)械本體100上安裝的定位工裝可實現(xiàn)三向運(yùn)動，且在控制系統(tǒng)的精確控制下能夠保證精度，控制各個機(jī)械本體100保持同步運(yùn)動，而且通過位置誤差修正的方法能降低誤差的產(chǎn)生，可以最大限度擴(kuò)展同一生產(chǎn)線生產(chǎn)類似車型產(chǎn)品的種類及規(guī)格，從而優(yōu)化和減少大量單一車型的生產(chǎn)設(shè)備，減少生產(chǎn)空間，便于根據(jù)銷量快速配置生產(chǎn)資源；同時，利用機(jī)器人控制柜200及示教器300來完成對位置、速度等參數(shù)的記錄和調(diào)整，使用方便，有利于提高生產(chǎn)效率。

以上所述，僅是本發(fā)明的最佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，利用上述揭示的方法內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，均屬于權(quán)利要求書保護(hù)的范圍。