本发明涉及汽车制造技术，尤其涉及一种智能化柔性车身定位系统及其定位方法。
背景技术：
汽车焊装生产过程中，很多企业需要在某条单一生产线上生产多种不同形状或尺寸但定位孔相似或相近的车型，生产中要求生产线上的车身定位系统可以按照生产指示自动切换成适应当前生产形式的状态，这样可以优化生产设备和工装，减少设备投入和生产空间，也便于根据订单快速配置生产资源。通常车身主体的主要定位点为4-8个，分布在车身底板各个区域内，而不同车型的这些定位点的相互对应关系也不一致，定位孔径也不相同，因此，要实现柔性化生产必须要依赖智能化控制方案，而目前市场上主流的柔性车身定位系统多以PLC或运动板卡为平台基础实施控制方案，其技术成熟、可靠，但是也存在一些缺点，例如：
1）对于线体来说，布局较为困难，如果进行集中式布局（所有伺服电机控制集中于1个运动模块），则布线非常复杂，严重限制设备布置和工艺方案的灵活性；如果建立子系统进行分布式布局则会有非常多的硬件和投资冗余，也不经济；
2）整个系统脱离机器人系统，需要通过上位PLC再与各工位机器人系统进行通讯，响应容易滞后；
3）实际调试、编程、应用不方便，机器人和柔性定位系统间安全区设置比较复杂，容易出现疏漏而造成意外干涉，并且故障排查困难；
4）各电机单独调试，若要实现多轴同步功能和位置确定时，往往都需要多人同时协作才能完成，极大影响生产效率。
因此，确有必要提供一种智能化柔性车身定位系统来解决上述一个或多个技术问题。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于提供一种智能化柔性车身定位系统及其定位方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种智能化柔性车身定位系统，包括若干机械本体及与所述机械本体连接的机器人控制柜，所述机械本体包括在水平面内运动的横向运动组件和纵向运动组件以及在竖直平面内运动的竖向运动组件；所述机器人控制柜包括柜体、安装于柜体内的驱动器以及连接驱动器的控制器，所述驱动器与所述机械本体双向通信连接，所述控制器连接至所述柜体外的一上位机和一示教器。
作为本技术方案的进一步改进，所述横向运动组件支撑于所述纵向运动组件的底部，且包括伺服电机、联轴器、传动丝杠及传动螺母；所述伺服电机通过联轴器的传导带动所述传动丝杠转动，所述传动丝杠与所述传动螺母配合以带动传动螺母做旋转运动，所述传动螺母的旋转运动按照一定比例转换成平台底座的直线运动。
作为本技术方案的进一步改进，所述纵向运动组件包括纵向延伸的基架、安装于所述基架上的纵向延伸的顶部导轨、位于顶部导轨下方且与顶部导轨平行设置的底部导轨、以及安装于所述顶部导轨和底部导轨上的滑动座。
作为本技术方案的进一步改进，所述顶部导轨与底部导轨的结构相同，但两者的朝向不同。
作为本技术方案的进一步改进，所述基架的顶部设有容纳顶部导轨的顶部槽道，所述顶部槽道的开口朝上设置，所述基架的底部设有容纳底部导轨的底部槽道，所述底部槽道的开口朝向所述竖向运动组件设置。
作为本技术方案的进一步改进，所述滑动座呈L型，其用于固定连接所述竖向运动组件，且滑动座的上、下两端分别卡持于所述顶部导轨和底部导轨上，以实现沿所述导轨实现水平面内的直线滑移。
作为本技术方案的进一步改进，所述纵向运动组件还包括位于顶部导轨与底部导轨之间的传动杆、罩设于所述基架外围的第一罩体以及支撑所述基架的固定座。
作为本技术方案的进一步改进，所述竖向运动组件固定于所述纵向运动组件的滑动座上，并包括竖直设置的升降轨、安装于升降轨上的U型连接板和升降座、以及与所述升降座连接的传动机构。
作为本技术方案的进一步改进，所述竖向运动组件还包括罩设于升降轨、升降座和传动机构外围的第二罩体，所述U型连接板罩设于所述升降座的外围且设置于所述第二罩体外，其上开设有大量的固定孔。
本发明还采用如下技术方案：一种采用前述车身定位系统的车身定位方法，包括如下步骤：
将空载的机械本体移动到预设位置，并记录位置信息；
将待加工车身放置于机械本体上，并获取车身重量信息；
根据车身重量与机械本体位置变化量之间的函数关系，得到机械本体的位置变化量；
根据前述变化量，调整机械本体至所述预设位置。
与现有技术相比，本发明通过改良机械本体的构造以及完善控制系统，使得机械本体上安装的定位工装可实现三向运动，可以最大限度扩展同一生产线可生产类似车型产品的种类及规格，扩大了生产线的适用范围，从而优化和减少大量单一车型的生产设备，减少生产空间，而且能精确控制车身定位精度，在机器人控制柜的控制下，各个机械本体可与机器人系统保持同步运动、提高各个系统间通讯过程的响应速度。
附图说明
图1为本发明智能化柔性车身定位系统的机械本体的立体图。
图2为本发明智能化柔性车身定位系统的机械本体的纵向运动组件的内部示意图。
图3为本发明智能化柔性车身定位系统的机械本体的竖向运动组件的内部示意图。
图4为本发明智能化柔性车身定位系统的机械本体的横向运动组件的传动原理图。
图5为本发明智能化柔性车身定位系统的连接示意图。
图6为本发明一种实施例中定位位置误差的修正方法的流程图。
图7为本发明一种实施例中位置误差的修正方法流程图。
具体实施方式
请参阅图1至图7所示，本发明提供一种智能化柔性车身定位系统，包括若干机械本体100、与所述机械本体100连接的机器人控制柜200及与机器人控制柜200连接的示教器300和上位机400。
所述机械本体100包括在水平面内运动的横向运动组件10和纵向运动组件20以及垂直于水平面方向运动的竖向运动组件30，其中，所述横向运动组件10与纵向运动组件20均在水平方向内运动，所述横向运动组件10用于实现左、右方向上的运动（即X方向），所述纵向运动组件20用于实现前、后方向上的运动（即Y方向）。所述横向运动组件10、纵向运动组件20及竖向运动组件30固定安装于一平台底座40上，且所述横向运动组件10位于所述纵向运动组件20的下方并与纵向运动组件20固定连接，可带动所述纵向运动组件20的横向位移，所述竖向运动组件30则固定于所述纵向运动组件20的一侧，用于实现竖直方向内的上下位移（即Z方向）。
具体来说，所述横向运动组件10支撑于所述纵向运动组件20的底部，且包括伺服电机11、联轴器12、传动丝杠13及传动螺母14，如图4所示，所述伺服电机11通过联轴器12传导，带动所述传动丝杠13转动，所述传动丝杠13与所述传动螺母14配合以带动传动螺母14做旋转运动，所述传动螺母14的旋转运动按照一定比例转换成平台底座40的直线运动。
如图2所示，所述纵向运动组件20包括纵向延伸的基架21、安装于所述基架21上的纵向延伸的顶部导轨22、位于顶部导轨22下方且与顶部导轨22平行设置的底部导轨23、以及安装于所述顶部导轨22和底部导轨23上的滑动座24，其中，所述顶部导轨22与底部导轨23的结构相同。所述基架21的顶部设有容纳顶部导轨22的顶部槽道25，所述顶部槽道25的开口朝上设置，所述基架21的底部设有容纳底部导轨23的底部槽道26，所述底部槽道26的开口朝向所述竖向运动组件30设置，也就是说，所述顶部槽道25与底部槽道26的朝向不同且相互垂直，使得顶部导轨22与底部导轨23的朝向也不同。所述滑动座24呈L型，其用于固定连接所述竖向运动组件30，且滑动座24的上、下两端分别卡持于所述顶部导轨22和底部导轨23上，可沿所述导轨实现水平面内的直线滑移。另外，所述纵向运动组件20还包括位于顶部导轨22与底部导轨23之间的传动杆27、罩设于所述基架21外围的第一罩体28（可参图1）以及支撑所述基架21的固定座29，其中，所述传动杆27的延伸方向与所述顶部导轨22和底部导轨23的延伸方向平行设置，所述固定座29与所述横向运动组件10固定连接。
如图3所示，所述竖向运动组件30固定于所述纵向运动组件20的滑动座24上，并包括竖直设置的升降轨31、安装于升降轨31上的U型连接板32和升降座33、以及与所述升降座33连接的传动机构34。为了提高安全性，所述竖向运动组件30还包括罩设于升降轨31、升降座33和传动机构34外围的第二罩体35（参图1所示），所述U型连接板32罩设于所述升降座33的外围且设置于所述第二罩体35外，其上开设有大量的固定孔36，可用于安装固定工件，在本发明较佳实施例中，所述U型连接板32的内侧与所述升降座33固定连接，可随升降座33的升降实现上、下运动。所述传动机构34包括传动轮37及同步带（未图示），通过两者的相互配合做传动方向的转换，以减少整体的尺寸。
如图5所示，所述机器人控制柜200包括柜体201、安装于柜体201内的驱动器、控制器及输入输出模块（即I/O模块）。其中，所述驱动器与所述若干个机械本体100分别连接，用于驱动各个机械本体100的运行，同时各个机械本体100在运行过程中将反馈数据至驱动器内，实现相互通信，所述控制器与所述驱动器相连，用于获取各个机械本体100的运行数据并向各个机械本体100发出指令信号，同时，所述控制器又连接至柜体201外界的所述示教器300和上位机400，将相关的运行数据在示教器300上的人工界面中进行展现，方便生产人员的观测和检验，同时示教器300和上位机400也可对控制器进行操控，人工输入一些指令、参数以调整系统的运行状态。
由于车身本身存在较大的重量，因此当车身加载至定位系统上后，定位系统在机械载荷的作用下通常会发生一些形变，导致定位位置发生不可预知的变化。为此，本发明还提供一种适用于前述智能化柔性车身定位系统的车身定位方法，包括：
将空载的机械本体100移动到预设位置，并记录位置信息；
将待加工车身放置于机械本体100上，并记录车身重量信息；
根据车身重量与机械本体100位置变化量之间的函数关系，得到机械本体100的位置变化量；
根据前述变化量，调整机械本体100至所述预设位置。
上述方法可对车身位置误差自动修正，在实际使用时，由操作人员将利用示教器300将机械本体100移动到需要的位置后记录此位置点为工作点。但是，为了便于观测和检验，通常此时为机械本体100不带负载状态（即车身），当实际车身放置时，会使机械本体100产生变形，从而使车身实际定位位置产生变化。本发明在系统内预先设置重量负载与位置变化量的实际关系，例如，根据机械本体100的电机力矩反馈的检测结果，调整个方向电机的旋转角度，从而使在接受负载后，系统能自动修正到原先所需要的示教位置。如图6所示，为本发明所述车身定位方法中对定位位置误差的修正方法的具体实施例，该实施例中具体包括如下步骤：
S1：按照预定的周期，采集电机扭矩的变化信息；
S2：若电机扭矩停止变化，则记录当前扭矩的变化值；
S3：读取当前电机的编码器位置；
S4：查表修正，驱动电机进行位置调整；
S5：按照预定的周期，读取关联电机的扭矩变化值；
S6：若关联电机的扭矩值保持平衡，则读取关联电机的编码值；
S7：当编码器修正差值在对应扭矩的变化值范围内，则修正结束；否则，返回S4。
当然，除了负载导致机械本体100发生位置变化误差之外，在实际生产中还存在机械加工误差和安装误差，本发明还提供了这两种误差的修正方法的具体实施例，如图7所示。通常，在机械本体100安装后的检测期间内预留修正参数，在使用期间中，若发现精度偏差或是故障检修后，则需要重新现场修正，程序内可以人为调整修正以提高使用精度。同时，对于监测点，为机械式高精度刻度尺或编码尺，在校正时安装在相应轴的基座上即可。对于同步带的使用，由于长期运行后，会受材料变形等因素影响到重复精度，本发明系统内通过电机力矩反馈和实际使用时间检测判断使用条件并给予修正，确保使用期间系统的重复精度不受影响。
综上所述，本发明通过改良机械本体100的构造以及完善控制系统，使得机械本体100上安装的定位工装可实现三向运动，且在控制系统的精确控制下能够保证精度，控制各个机械本体100保持同步运动，而且通过位置误差修正的方法能降低误差的产生，可以最大限度扩展同一生产线生产类似车型产品的种类及规格，从而优化和减少大量单一车型的生产设备，减少生产空间，便于根据销量快速配置生产资源；同时，利用机器人控制柜200及示教器300来完成对位置、速度等参数的记录和调整，使用方便，有利于提高生产效率。
以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。