CN114434428B - 一种外接驱动与测量智能定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外接驱动与测量智能定位系统，包括安装于工位的手臂式机器人、处理单元、控制单元、机器视觉测量组件，以及安装于台车上的无动力车身定位工装，其特征在于：手臂式机器人的末端安装有驱动源，所述控制单元和处理单元分别与手臂式机器人、驱动源、机器视觉测量组件电信号连接，无动力车身定位工装上设置有对接机构。本发明公开的一种外接驱动与测量智能定位系统及方法，利用机器视觉测量组件对无动力定位工装实现快速测量，通过处理单元对系统预设的白车身安装坐标匹配，将匹配值转变为驱动源的接头旋转值，使驱动源与运输白车身定位工装的无动力定位工装相配合，达到快速、不停线、高精度、生产节拍内切换并生产其他车型的目的。

Description

一种外接驱动与测量智能定位系统及方法

技术领域

本发明涉及车身制造技术领域，具体是外接驱动与测量智能定位系统及方法。

背景技术

目前输送设备上的定位白车身的装置，基本都是固定式或切换式：如滑翘上的定位机构及往复杆是上定位机构；对于需要输送2种以上的不同的白车身来说，基本除了在工厂停产后，安排施工人员整体更换定位机构之外别无他法。如图1所示：现有定位两种平台的白车身用的可通过图示框内气动的工装来切换。

上述现有白车身定位系统存在以下缺陷：

1、这种模式必须需要整线停产至少10天，如导入切换新设备比较复杂，时间将会更长；

2、采用人工使用3坐标测量设备测量定位工装坐标值的工作，具有复杂性与冗余性；

3、采用现有常规技术，即每台滑翘上的定位工装要达到智能化需增加10套伺服电机并配备相关的传感器、PLC等控制器及相关配套的线缆、控制柜等，不仅增加场地占用率、还需要增加冗余的传感器，还必须人工辅助检查、调校；也需在拼台上布置大量的气电快插接口等辅助设备。

公开于以上背景技术部分的信息仅仅皆在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对上述现有缺陷，本发明目的在于设计一种外接驱动与测量智能定位系统及方法，解决现有技术仅能通过停产切换的方式来柔性生产多种平台车型，以达到快速、连续不停线、高精度、生产节拍内切换并生产其他车型的系统。

本发明的技术方案如下：

一种外接驱动与测量智能定位系统，包括安装于工位的手臂式机器人、处理单元、控制单元、以及安装于台车上的无动力车身定位工装，其要点在于，手臂式机器人的末端安装有驱动源以及机器视觉测量组件，所述控制单元和处理单元分别与手臂式机器人、驱动源、机器视觉测量组件电信号连接，无动力车身定位工装上设置有对接机构，其中：机器视觉测量组件用于检测区域信息内的无动力车身定位工装的坐标值；控制单元用于根据坐标值发送手臂式机器人的驱动信号；手臂式机器人根据控制单元发出的坐标值信息，带动其末端部件运动至指定区域与对接机构对接；所述处理单元用于根据机器视觉测量组件的坐标值与工位上的白车身需要定位的预设空间坐标匹对取差值，并将差值换算成驱动源的接头旋转值；驱动源用于根据处理单元的旋转值把无动力车身定位工装定位到实际需要定位的位置上。

通过机器视觉测量组件和驱动源安装在手臂式机器人的末端，在产线不停线的情况下利用机器视觉测量组件对无动力定位工装实现快速测量，通过处理单元对系统预设的白车身安装坐标匹配，将匹配值转变为驱动源的接头旋转值，使驱动源与运输无动力车身定位工装的无动力车身定位工装相配合，快速、实时反馈对接过程中的机器人与定位模块工装之间的接口姿态，提高对接过程的成功率。因此，本方案采用纯机械、机器视觉测量系统，工位采用一个手臂式机器人即可完成坐标测量以及工装的定位，达到智能化、少设备、轻量化、模块化及低成本的效果，减少不必要的各种传感器及控制器，最终达到快速、连续不停线、高精度、切换并生产其他车型的目的。

具体的，处理单元还用于根据机器视觉测量组件检测无动力车身定位工装的定位机构的坐标值与预设值相匹对，若重合，则手臂式机器人返回home位；若有差值，则通过控制单元发送手臂式机器人的驱动信号，使机器视觉测量组件、驱动源到达无动力车身定位工装的对接机构接口位置。

具体的，机器视觉测量组件还用于检测区域信息内的无动力车身定位工装上的对接机构的对接姿态；所述驱动源还用于根据对接姿态调整驱动源的接头姿态。

通过机器视觉测量组件可以完成对配套的无动力定位工装定位机构在空间中的位置；并通过无动力定位工装定位机构的空间位置来算出模块化后的无动力定位工装接口位置，从而引导手臂式机器人端的动力源与无动力定位工装模块的对接，从而到达用手臂式机器人端的输入驱动调整模块化的无动力定位工装的新定位机构。此外，通过与台车的无动力定位工装数模坐标进行匹对，判断出当前定位工装的实际坐标值是否正确并且其精度是否满足生产要求，最终取代人工使用三坐标测量设备测量定位工装坐标值的工作。

具体的，所述机器视觉测量组件包括：

复合式单目相机，设置在产线旁，包括两个相对固定的单目相机，用于对无动力车身定位工装进行粗测量，一套无动力车身定位工装需要一组复合单目相机；双目结构光装置，安装在手臂式机器人的末端，用于精确测量无动力车身定位工装的坐标值；单点测距激光组，安装在手臂式机器人的末端，包括三个以上的单点测距激光器，用于测量与无动力车身定位工装上的定位机构的距离值。

具体的，所述处理单元还用于根据单点测距激光组的距离值，校正双目结构光装置检测的坐标值。

机器视觉测量组件的工作原理为：复合式单目相机的第一单目相机将拍摄的无动力车身定位工装在XY平面内划分为多个方框组成的网格面，并依次做好标记，从图片中读取无动力车身定位工装在第x行、第y列的网格中，第二单目相机将拍摄的无动力车身定位工装在YZ平面内划分为多个方框组成的网格面，并依次做好标记，从图片中读取无动力车身定位工装在第y行、第z列的网格中，故复合式单目相机用于对无动力车身定位工装进行粗测量定位，即标定出无动力车身定位工装所对应的网格坐标；手臂式机器人则根据网格坐标，带动双目结构光装置到与网格坐标配合的最优固定点的拍照位置，采用双目相机与结构光配合的测量方式，对无动力车身定位工装进行精确测量，获得无动力车身定位工装的坐标值；由于该坐标值在复合式单目相机的粗定位信息基础上进行标定及测量，故系统中手臂式机器人的运动、定位等误差、复合式单目相机测量的测量误差、整体系统有振动、噪声等引起的测量误差，都对无动力车身定位工装的坐标值有影响，因此还需要对该坐标值进行数据校正；采用三个以上的单点测距激光组，运动到双目结构光测量出来的特征件正上方进行三点激光校正测量)对无动力车身定位工装的校正特征件比如圆锥台的侧面或者方锥台的侧面进行测距，并通过处理单元对每个单点测距激光组的测距值进行对比，如果坐标值存在较大的偏差，那么每台单点测距激光组对校正特征件比如方锥台的侧面的距离值也会有不同的偏差，通过每个测距点不同的偏差值对照校正特征件上的位置进行拟合，得出实际测距点的位置，从而修正无动力车身定位工装的坐标值，这样就可以消除由于手臂式机器人的精度导致的测量误差。

具体的，无动力车身定位工装包括安装于台车上的固定部、传动机构、滑动部及定位机构；其中，所述固定部通过传动机构与滑动部滑动连接，所述定位结构与滑动部连接；所述传动机构设有与驱动源相配合的对接机构。

传动机构用于将手臂式机器人上的驱动源的转动转换为滑动部的滑动，通过将驱动源安装至工位的手臂式机器人上，能够减少台车上的动力线缆及控制线缆，可以实现一个手臂式机器人对应多个台车，相对于每个台车安装四组三轴伺服定位系统需要十二个伺服电机的现有技术，能够降低成本和能耗；驱动源通过对接机构带动传动机构与输出轴连动，改变固定部和滑动部的相对位置，即改变定位机构在台车上的位置，从而适配不同定位孔位置的车型，提高生产线的柔性。其中，滑动部相对固定部的滑动方向可以包括水平方向和/或竖直方向。

此外，通过定位机构安装在无动力式定位工装上，无动力式定位工装相当采用模块化设计，固化空间中定位值与相应的驱动接口保持固定、稳定的换算值，便于与机器视觉测量控制系统匹配，加快机器人与无动力定位工装的接口的对接过程，减少屡次空间坐标转换带来的不可预估的测量误差，简化执行定位工装的控制复杂性与冗余性，便于现场调试。

具体的，所述对接机构包括转动连接的转子部和定子部；所述转子部包括传动轴、花键轴、传动轮，其中，所述传动轴的一端设有滑槽、另一端与传动轮同轴固定连接，所述传动轴还包括固设于其外环的第一摩擦盘，所述花键轴沿传动轴的轴向与滑槽滑动连接，所述滑槽的内壁设有与花键轴外花键相配合的内花键，所述驱动源包括伺服电机，所述花键轴还设有与伺服电机的输出轴相配合的花键结构；所述定子部包括套设于传动轴外部的分离块、套设于分离块外部的外壳、在花键轴外环与花键轴通过第一轴承转动连接的电机连接套，其中，所述外壳通过第二轴承与传动轴转动连接，所述电机连接套的一端与伺服电机的外壳相配合、另一端与分离块的一端的相配合，所述分离块的另一端沿着传动轴的轴向与外壳的内壁通过弹性件连接，所述分离块的外壁与外壳的内壁设有止转结构；所述分离块在第一摩擦盘的下方设有相配合的第二摩擦盘，所述弹性件的弹力用于将第二摩擦盘顶紧第一摩擦盘。

对接的工作原理为：伺服电机下压，通过带动电机连接套、分离块将压力传递给弹性件，使第二摩擦盘与第一摩擦盘分离，同时电机连接套带动花键轴沿滑槽滑动，使花键轴与伺服电机输出轴、滑槽的花键结构相配合，即实现伺服电机的输出轴带动传动轴转动，并传递给传动机构；当伺服电机脱离电机连接套时，弹性件的回弹力带动第二摩擦盘顶紧第一摩擦盘，实现传动机构的刹车，又由于分离块与外壳设有止转结构，在无外力的作用下，固定部、转动部始终处于相对静止的状态，从而提高了传动机构准确性和稳定性。

具体的，所述滑动部包括X轴滑动部、Y轴滑动部及Z轴滑动部，所述传动机构包括X轴传动机构、Y轴传动机构及Z轴传动机构，所述X轴传动机构、Y轴传动机构及Z轴传动机构分别设有与驱动源输出轴相配合的X轴对接机构、Y轴对接机构及Z轴对接机构；所述固定部通过X轴传动机构与X轴滑动部沿X轴方向滑动连接，所述X轴滑动部通过Y轴传动机构与Y轴滑动部沿Y轴方向滑动连接，所述Y轴滑动部通过Z轴传动机构与Z轴滑动部沿Z轴方向滑动连接，所述Z轴滑动部与定位机构固定连接。

本技术方案中，通过驱动源来改变X轴滑动部、Y轴滑动部及Z轴滑动部的位置，从而可以改变定位机构在三维空间中的位置，进一步提高生产线的柔性兼容能力。

本发明还提供了一种外接驱动与测量智能定位方法，包括以下步骤：

S1：采用机器视觉测量组件通过粗测量和精确测量的方式获取区域信息内的无动力车身定位工装的坐标值；

S2：采用处理单元根据坐标值，与处理单元预设白车身空间坐标匹对取差值，并将差值换算成手臂式机器人末端的伺服电机的旋转值；

S3：采用控制单元根据坐标值对手臂式机器人发出驱动信号；

S4：手臂式机器人带动其末的伺服电机根据坐标值对无动力车身定位工装配合，并根据旋转值调整无动力车身定位工装的坐标值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)减少人工使用三坐标测量定位工装数据的次数、时间即是减少了停产次数、时间；

2)降低人工测量的劳动强度，提高了测量人员的安全系数；

3)简化全柔性定位工装的结构，降低了整体控制成本及复杂性；

4)可以实现在线测量数据并可以实时传输到工厂中心系统中，实现智能工厂对生产线定位设备的管理；

5)实现自动调整精度，以实现智能生产；降低工位对接过程中的出错率，提高容错率；

6)减少定位设备在点检时的难度及方便日常维护；

7)减少现场调试工装量，减少新车型导入时间及各个在产车型切换时间，减少生产中的非增值时间。

附图说明

图1为现有技术白车身定位装置的示意图。

图2为本发明外接驱动与测量智能定位系统的结构轴视图。

图3为本发明手臂式机器人的结构示意图。

图4为本发明单点测距激光组测量校正定位机构的示意图。

图5为本发明无动力车身定位工装的轴视图。

图6为本发明无动力车身定位工装的俯视图。

图7为本发明Z轴传动机构的示意图。

图8为本发明Z轴对接机构的示意图。

图9为本发明外接驱动与测量智能定位方法的流程图。

图中，10-手臂式机器人，110-伺服电机，120-双目结构光装置，130-单点测距激光组，140-复合式单目相机，20-台车；210-固定部；230-固定部导轨；200-X轴滑动部；210-X轴对接机构；220-X轴丝杠；301-第一Y轴滑动部；302-第二Y轴滑动部；311-第一Y轴对接机构；312-第二Y轴对接机构；401-第一Z轴滑动部；411-第一Z轴对接机构；412-第二Z轴对接机构；421-第一Z轴丝杠；431-第一支撑架；432-第二支撑架；500-定位机构安装板；501-第一定位机构；502-第二定位机构；710-传动轴；711-滑槽；712-传动轮；713-第一摩擦片；720-花键轴；730-分离块；731-第二摩擦片；732-弹性件；740-外壳；750-电机连接套。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。在本实施例的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作因此不能理解为对本发明的限制。

本实施方式提供一种外接驱动与测量智能定位系统，如图2至图4所示，包括：

包括安装于工位的手臂式机器人10、处理单元、控制单元、机器视觉测量组件，以及安装于台车20上的无动力车身定位工装，手臂式机器人10的末端安装有驱动源，机器视觉测量组件部分也安装于手臂式机器人10的末端，部分安装在产线旁，控制单元和处理单元分别与手臂式机器人10、驱动源、机器视觉测量组件电信号连接，其中，

机器视觉测量组件用于检测区域信息内的无动力车身定位工装的坐标值，根据具体场景可选择采用双目相机+结构光、带结构光双目相机+激光及复合式单目相机三种不同的原理的设备搭建出合适的此场景的机器视觉测量系统，此机器视觉测量系统满足对空间中的无动力定位工装定位机构如定位销、勾销缸中定位销之类的工装的在线精确测量；

控制单元用于根据坐标值发送手臂式机器人10的驱动信号，采用兼容性TCP/IP通讯协议，能通过上述的机器视觉测量组件计算出来的控制值快速、稳定的驱动手臂式机器人10以正确的姿态达到指定的位置，完成对接的动作；

手臂式机器人10根据控制单元发出的坐标值信息，带动其末端部件运动至指定区域，采用定点位置测量，降低对接过程由于姿态不对导致的驱动误差、降低系统定位精度；

台车20上的无动力车身定位工装采用模块化设计，加快机器人与无动力定位工装的接口的对接过程；

处理单元用于根据机器视觉测量组件的坐标值与工位上的白车身需要定位的预设空间坐标匹对取差值，并将差值换算成驱动源的接头旋转值；固化空间中定位值与相应的驱动接口保持固定、稳定的换算值，减少屡次空间坐标转换带来的不可预估的测量误差；

驱动源用于根据处理单元的旋转值与无动力车身定位工装相配合，用于调整无动力车身定位工装定位机构的坐标。

上述实施方式在整体工作时，工位采用了两台手臂式机器人10，分别对应台车20的前后区域，安装在无动力定位工装上的定位机构到了此手臂式机器人10所在工位停止后；前后两台手臂式机器人10按控制单元的信号带着机器视觉测量组件分别在前后区域内定点拍照，找出此次安装在无动力定位工装上的定位机构的空间坐标；处理单元把这个坐标匹对将在此工位上件的白车身需要定位的空间坐标，如果重合，控制单元控制手臂式机器人10将返回Home位等待下一次任务。如果有差值，处理单元将在后台计算这些差值是多少并换算成驱动源上的接头旋转值；之后机器人带着机器视觉测量组件依次寻找安装在无动力定位工装上的定位机构上的驱动X轴运动的无动力定位工装对接机构；通过机器视觉测量组件第二次拍照无动力定位工装对接机构的特征找到X轴对接口的对接姿态，并调手臂式机器人10上驱动源接头姿态完成对接。与X轴的接口对接上后，驱动源将把安装在X轴上的无动力定位工装上的定位机构驱动到指定位置；依次类推，驱动完Y/Z轴，最终完成所有需要定位工装的定位要求。

作为本实施例优选技术方案，机器视觉测量组件还用于检测区域信息内的无动力车身定位工装上的对接机构的对接姿态；驱动源还用于根据对接姿态调整驱动源的接头姿态。通过采用可调节的驱动源和对接特征再识别，保证对接过程中的机器人侧的动力源于无动力定位工装的接口姿态一致。

作为本实施例优选技术方案，机器视觉测量组件包括：

复合式单目相机140，设置在产线旁，包括两个相对固定的单目相机，用于对无动力车身定位工装进行粗定位；

双目结构光装置120，安装在手臂式机器人的末端，用于测量无动力车身定位工装的坐标值；

单点测距激光组130，安装在手臂式机器人的末端，包括三个以上的单点测距激光器，用于测量与无动力车身定位工装上的定位机构的距离值。

具体的，如图4所示，复合式单目相机140的两个单目相机通过连杆进行相对固定连接，复合式单目相机140的连杆和手臂式机器人10的固定座均固定安装在工位上，单点测距激光组130包括三个单线测距激光器固定安装于手臂式机器人10的末端，双目结构光装置120与单点测距激光组130保持一定间距的相对固定安装于手臂式机器人10的末端；本实施方式的定位机构可以车身或其零部件的定位销为例，定位销为设置与定位销底部的圆锥形结构支撑面，三个单线测距激光器围绕手臂式机器人10末端的轴线布设，每个单点测距激光器到定位销对应的测距点的理论距离在同一梯度上，在其他实施方式中，可根据校正定位销与无动力定位工装的相对位置来布设单点测距激光组130布设在手臂式机器人10末端的位置，在此不做限定。双目结构光装置120的结构及和检测原理可以但不限于采用中国专利CN208795188U、CN111906767A的结构光双目视觉系统，在此不进行赘述。

作为本实施例优选技术方案，处理单元还用于根据单点测距激光组130的距离值，校正双目结构光装置120检测的坐标值。

具体的，理论上每台单点测距激光器对定位销对应的测量点的距离值是在同一梯度上的，如果无偏差，则确定该坐标值为无动力定位工装的最终坐标值，如果测量的实际值之间存在偏差，则根据偏差值对照校正定位销上的位置进行拟合，得出实际测距点的位置，从而修正无动力定位工装的坐标值，修正后的坐标值作为最终坐标值，这样就可以消除由于手臂式机器人10的精度导致的测量误差，即通过单点测距激光组130的测距值对无动力定位工装的坐标值进行微调；如果偏差值过大，则说明手臂式机器人10被引导的最优位置或手臂式机器人10运动过程中出现错误。

参考图5-6所示，无动力车身定位工装包括安装于台车20上的固定部210、传动机构、滑动部及定位机构；其中，固定部210通过传动机构与滑动部滑动连接，定位结构与滑动部连接；传动机构设有与驱动源相配合的对接机构。

具体的，本实施方式在台车20上的前端和后端均布设了相配合的固定部210和滑动部及两个定位机构，通过前后四个定位机构对应车身上的四个定位孔，从而实现对车身的定位功能；本实施方式以三轴的传动机构为例，通过两个手臂式机器人10对应四个定位机构，每个手臂式机器人10对应X轴两端的两个定位机构；其中，无动力车身定位工装包括一个X轴滑动部200、两个Y轴滑动部和两个Z轴滑动部，同时对应一个X轴传动机构、两个Y轴传动机构和两个Z轴传动机构，固定部210具体为带沿X轴方向导轨的板状结构，与X轴滑动部200通过X轴传动机构沿X轴方向滑动连接，X轴滑动部200具体为带有与固定部导轨230配合的导向槽的板状结构，第一Y轴滑动部301和第二Y轴滑动部302具体为板状结构，与X轴滑动部200设有相配合的Y轴导轨结构，分别通过第一Y轴传动机构和第二Y轴传动机构沿Y轴方向滑动，第一Z轴滑动部401和第二Z轴滑动部402具体为板状结构，分别与第一Y轴滑动部301和第二Y周滑动部302设有相配合的Z轴导轨结构，又分别通过第一Z轴传动机构和第二Z轴传动机构沿Z轴方向滑动，第一定位机构501和第二定位机构502分别与第一Z轴滑动部401和第二Z轴滑动部固定连接；

传动机构的具体结构及连接方式为：X轴传动机构具体包括X轴丝杠220和X轴滚珠螺母，其中X轴丝杠220通过轴承与固定部210的顶端面转动连接，X轴丝杠220沿X轴方向布设，X轴滚珠螺母与X轴滑动部200的底端面固定连接，从而将X轴丝杠220的旋转运动转变成X轴滑动部200相对固定部210沿X轴方向滑动；第一Y轴传动机构包括第一Y轴丝杠和第一Y轴滚珠螺母，其中第一Y轴丝杠通过轴承与X轴滑动部200的顶端面转动连接，第一Y轴丝杠沿Y轴方向布设，第一Y轴滚珠螺母与第一Y轴滑动部301的底端面固定连接，从而将第一Y轴丝杠的旋转运动转变成第一Y轴滑动部301相对X轴滑动部200沿Y轴方向滑动；第二Y轴传动机构包括第二Y轴丝杠和第二Y轴滚珠螺母，其中第二Y轴丝杠通过轴承与X轴滑动部200的顶端面转动连接，第二Y轴丝杠沿Y轴方向布设，第二Y轴滚珠螺母与第二Y轴滑动部302的底端面固定连接，从而将第二Y轴丝杠的旋转运动转变成第二Y轴滑动部302相对X轴滑动部200沿Y轴方向滑动；第一Z轴传动机构包括第一Z轴丝杠和第一Z轴滚珠螺母，其中，第一Y轴滑动部301设有沿Z轴方向的第一支撑架431，第一Z轴丝杠通过轴承与第一支撑架431的侧壁转动连接，第一Z轴丝杠沿Z轴方向布设，第一Z轴滚珠螺母与第一Z轴滑动部401的侧壁固定连接，从而将第一Z轴丝杠的旋转运动转变成第一Z轴滑动部401相对第一Y轴滑动部301沿Z轴方向滑动；第二Z轴传动机构包括第二Z轴丝杠和第二Z轴滚珠螺母，其中，第二Y轴滑动部302设有沿Z轴方向的第二支撑架，第二Z轴丝杠通过轴承与第二支撑架的侧壁转动连接，第二Z轴丝杠沿Z轴方向布设，第二Z轴滚珠螺母与第二Z轴滑动部的侧壁固定连接，从而将第二Z轴丝杠的旋转运动转变成第二Z轴滑动部相对第二Y轴滑动部302沿Z轴方向滑动；

对接机构具体为布设在上述丝杠端部的花键槽，相应的，如图5所示，为一个X轴对接机构210，两个Y轴对接机构，分别为第一Y轴对接机构311和第二Y轴对接机构312，两个Z轴对接机构，分别为第一Z轴对接机构411和第二Z轴对接机构412；所述驱动源包括伺服电机110，伺服电机110的输出轴设有与花键槽相配合的花键，当花键进入花键槽与之配合时，伺服电机110的输出轴则带动丝杠转动；

其工作原理为：通过手臂式机器人10带动驱动源包括伺服电机110的输出轴与X轴对接机构、Y轴对接机构及Z轴对接机构配合，从而改变第一定位机构501和第二定位机构502在三维空间中的位置，直至适合车身定位孔的位置，因此能减少台车20上的动力线缆及控制线缆，可以实现少量的伺服电机110对应多个台车20，相对于每个台车20安装一个以上伺服电机110的现有技术，能够降低成本和能耗；同时伺服电机110通过对接机构带动传动机构与输出轴连动，改变固定部210和滑动部的相对位置，即改变定位机构在台车20上的位置，从而适配不同定位孔位置的车型，提高生产线的柔性；为了更好的展示实施例的实施方式，图2中的对接机构接口位置也展示了伺服电机独立于手臂式机器人10与对接机构对接的形态。

上述实施方式示例性的输出了三轴的传动机构及三轴滑动部的具体结构及连接方式，在其他实施方式或实际应用中，其传动机构和滑动部的数量、具体结构及连接方式等还可以通过其他方式替代，例如：

传动机构及滑动部的数量可根据具体的定位机构数量及定位机构的具体变化位置决定，例如，适用于两个车型定位孔的生产线上，两个车型的定位孔间距仅通过存在X轴方向和/或Y轴方向上的差别，则可通过仅布设一个X轴传动机构和/或一个Y轴传动机构，同时配合一个X轴滑动部和/或一个Y轴滑动部，其他形式的变化在此不一一列举。

传动机构的具体结构还可以通过齿轮和齿条、螺杆和螺母等结构替代，其作用在于将伺服电机110输出轴的转动转变为相应滑动部的滑动，此外，轴承还可以通过轴套或间隙配合加润滑剂等方式替代。

在加工精度较高传动机构实施方式，X轴、Y轴、Z轴滑动部之间还可以不铺设导轨结构。

作为本实施例的优选方案，为了提高定位系统的稳定性和准确性，在上述实施方式的基础上，如图7至图8所示，以第一Z轴传动机构为例，对第一Z轴对接机构411进行描述，包括转动连接的转子部和定子部；转子部包括传动轴710、花键轴720、传动轮712，其中，传动轴710的一端设有滑槽711、另一端与传动轮712同轴固定连接，传动轴710还包括固设于其外环的第一摩擦盘713，花键轴720沿传动轴710的轴向与滑槽711滑动连接，滑槽711的内壁设有与花键轴720外花键相配合的内花键，花键轴720与伺服电机110输出轴还设有相配合的花键结构；定子部包括套设于传动轴710外部的分离块730、套设于分离块730外部的外壳740、在花键轴720外环与花键轴720通过轴承转动连接的电机连接套750，其中，外壳740通过轴承与传动轴710转动连接，电机连接套750的一端与伺服电机110的外壳相配合、另一端与分离块730的一端相配合，分离块730的另一端沿着传动轴710的轴向与外壳740的内壁通过弹性件732连接，分离块730的外壁与外壳740的内壁设有止转结构；分离块730在第一摩擦盘713的下方设有相配合的第二摩擦盘731；弹性件732可以为弹簧或橡胶块等；第一定位机构501通过与第一Z轴滑动部401固定连接的定位机构安装板500进行安装固定；具体的止转结构可以但不限于固设于分离块730外壁的凸起和固设于外壳740内壁的凹槽，凹槽的布设方向为沿传动轴的轴向，或分离块730外壁、外壳740内壁均为上锥形结构，在弹性件732回弹力的作用下，第二摩擦片731与第一摩擦片713相顶紧，同时外壳740的上锥形内壁与分离块730的上锥形外壁相顶紧，通过摩擦力实现止转；电机连接套750与分离块730的配合方式具体为直接接触连接，在其他实施方式中电机连接套750与分离块730还可以通过中间件实现私服电机外壳的压力传递，或通过固定连接、一体成型等方式实现；

其工作过程为：初始时刻，弹性件732的弹力带动第二摩擦片731顶紧第一摩擦片713，第一Z轴传动机构处于刹车状态；当伺服电机110运动至第一Z轴对接机构411并挤压电机连接套750时，压力通过电机连接套750、分离块730传递至弹性件732，带动第二摩擦片731与第一摩擦片713分离，此时，在伺服电机110的压力作用下，伺服电机110输出轴与花键轴720的花键结构相配合，同时挤压花键轴720沿着传动轴710的滑槽711滑动，使花键轴720的外花键与滑槽711的内花键相配合，即伺服电机110输出轴的转动带动传动轴710转动，又通过第一Z轴传动机构将转动变成沿Z轴的直线运动，从而带动第一Z轴滑动部401沿Z轴滑动；当定位机构滑动至目标位置时，伺服电机110脱离第一Z轴对接机构411，即作用在电机连接套750的压力消失，弹性件732的回弹力使第二摩擦片731顶紧第一摩擦片713，实现第一Z轴传动机构处于刹车状态；本实施方式的结构，使定位系统在无外力作用下始终处于目标位置，能够提高定位系统的稳定性和准确性。

如图9所示，采用上述实施例外接驱动与测量智能定位系统的定位方法，包括如下步骤：

S1：复合式单目相机140分别把无动力车身定位工装投影到XY和YZ两个平面坐标系上，把全区域划分为N1×N2和N2×N3方框构成的三维空间，划分出无动力车身定位工装所在的区域；

具体的，一组复合式单目相机140覆盖的视界是1600*800*500mm的范围内，分别把定位销在立体视界中的坐标分别投影到XY，YZ平面坐标上；根据双目结构光装置120的测量视界精度要求如50*50mm分别把XY、YZ划分为32*16及16*10个小视界测量区域；并按照顺序标定出被测物在第几行第几列的视界中；

S2：控制单元根据复合式单目相机140检测的区域信息，发送引导手臂式机器人10的驱动信号，带动其末端的双目结构光装置120和单点测距激光组130至无动力车身定位工装定位销对应位置；

S3：采用双目结构光装置120对无动力车身定位工装定位销进行精确测量，获得无动力车身定位工装定位销的坐标值；

S4：处理单元比对定位销的坐标值与白车身需要定位的空间坐标预设值，若存在偏差，则用处理单元根据偏差值换算成手臂式机器人末端的伺服电机的旋转值；若重合，则控制单元发送引导手臂式机器人10的驱动信号返回home位，并返回步骤S2；

S5：处理单元根据工装定位销的坐标值换算出对接机构的坐标值；

S6：控制单元根据对接机构的坐标值发送引导手臂式机器人10的驱动信号，带动其末端的驱动源至无动力车身定位工装对接机构的对接机构对应位置；

S7：通过合式单目相机确定对接机构的对接姿态，通过驱动源调整与对接机构相匹配的接头姿态；

S8：采用伺服电机110与对接机构结合，根据旋转值调整无动力车身定位工装的坐标值。

具体的，上述S3、S7步骤中还包括：采用单点测距激光组130对无动力车身定位工装进行测距，获得单点测距激光组130到对接机构的距离值；处理单元比对距离值与需要对接的空间距离预设值，若距离值的偏差在阈值范围外，则根据单点测距激光组130的距离值，校正双目结构光装置120检测的对接机构的坐标值；若距离数值的偏差未超出阈值范围，则进行下一步。

上述实施例中，如果碰到特殊情况双目结构光装置120或复合单目相机的测量结果与单点测距激光组130测量特征值不符的情况下，单点测距激光组130在这里起到二次校验效果，将重新找外部固定特征校验测量内、外参数后，再次按照上述步骤进行测量，如还是不能完成对接，将自动报警并启动人工干预流程。

此处，处理单元采用复合式单目相机140测量定位的区域坐标值，引导手臂式机器人10到最优位置进行双目结构光装置120的高精度测量；由复合式单目相机140划分出合适双目结构光装置120测量区域，并做示教前的测量多组数据，经过概率比对优化算法，具体可采用扩展式卡尔曼滤波算法或H-D算法优化，算出适合双目结构光装置120测量的最优位置，概率优化算法是用概率论的运算去明确地表达不确定性，即用概率算法来表示整个推测空间的概率分布信息，其中概率算法可以是扩展式卡尔曼滤波算法或H-D算法或其衍生的高斯滤波算法和非参数滤波算法等。

在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种外接驱动与测量智能定位系统，包括安装于工位的手臂式机器人、处理单元、控制单元、机器视觉测量组件，以及安装于台车上的无动力车身定位工装，其特征在于：手臂式机器人的末端安装有驱动源，所述控制单元和处理单元分别与手臂式机器人、驱动源、机器视觉测量组件电信号连接，无动力车身定位工装上设置有对接机构，其中，

机器视觉测量组件用于检测区域信息内的无动力车身定位工装的坐标值；

控制单元用于根据坐标值发送手臂式机器人的驱动信号；

手臂式机器人根据控制单元发出的坐标值信息，带动其末端部件运动至指定区域与对接机构对接；

所述处理单元用于根据机器视觉测量组件的坐标值与工位上的白车身需要定位的预设空间坐标匹对取差值，并将差值换算成驱动源的接头旋转值；

驱动源用于根据处理单元的旋转值把无动力车身定位工装定位到实际需要定位的位置上。

2.根据权利要求1所述的一种外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于：

处理单元还用于根据机器视觉测量组件检测无动力车身定位工装的定位机构的坐标值与预设值相匹对，若重合，则手臂式机器人返回home位；若有差值，则通过控制单元发送手臂式机器人的驱动信号，使机器视觉测量组件、驱动源到达无动力车身定位工装的接口位置。

3.根据权利要求1所述的一种外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于：机器视觉测量组件还用于检测区域信息内的无动力车身定位工装上的对接机构的对接姿态；所述驱动源还用于根据对接姿态调整驱动源的接头姿态。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于：所述机器视觉测量组件包括：

复合式单目相机，设置在产线旁，包括两个相对固定的单目相机，用于对无动力车身定位工装进行粗测量；

双目结构光装置，安装在手臂式机器人的末端，用于精确测量无动力车身定位工装的坐标值；

单点测距激光组，安装在手臂式机器人的末端，包括三个以上的单点测距激光器，用于测量与无动力车身定位工装上的定位机构的距离值。

5.根据权利要求4所述的外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于：所述处理单元还用于根据单点测距激光组的距离值，校正双目结构光装置检测的坐标值。

6.根据权利要求1所述的外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于：无动力车身定位工装包括安装于台车上的固定部、传动机构、滑动部及所述定位机构；其中，所述固定部通过传动机构与滑动部滑动连接，所述定位结构与滑动部连接；在所述传动机构设置与驱动源相配合的所述对接机构。

7.根据权利要求6所述的外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于，所述对接机构包括转动连接的转子部和定子部；所述转子部包括传动轴、花键轴、传动轮，其中，所述传动轴的一端设有滑槽、另一端与传动轮同轴固定连接，所述传动轴还包括固设于其外环的第一摩擦盘，所述花键轴沿传动轴的轴向与滑槽滑动连接，所述滑槽的内壁设有与花键轴外花键相配合的内花键，所述驱动源包括伺服电机，所述花键轴还设有与伺服电机的输出轴相配合的花键结构；

所述定子部包括套设于传动轴外部的分离块、套设于分离块外部的外壳、在花键轴外环与花键轴通过第一轴承转动连接的电机连接套，其中，所述外壳通过第二轴承与传动轴转动连接，所述电机连接套的一端与伺服电机的外壳相配合、另一端与分离块的一端的相配合，所述分离块的另一端沿着传动轴的轴向与外壳的内壁通过弹性件连接，所述分离块的外壁与外壳的内壁设有止转结构；所述分离块在第一摩擦盘的下方设有相配合的第二摩擦盘，所述弹性件的弹力用于将第二摩擦盘顶紧第一摩擦盘。

8.根据权利要求6所述的外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于，所述滑动部包括X轴滑动部、Y轴滑动部及Z轴滑动部，所述传动机构包括X轴传动机构、Y轴传动机构及Z轴传动机构，所述X轴传动机构、Y轴传动机构及Z轴传动机构分别设有与驱动源输出轴相配合的X轴对接机构、Y轴对接机构及Z轴对接机构；所述固定部通过X轴传动机构与X轴滑动部沿X轴方向滑动连接，所述X轴滑动部通过Y轴传动机构与Y轴滑动部沿Y轴方向滑动连接，所述Y轴滑动部通过Z轴传动机构与Z轴滑动部沿Z轴方向滑动连接，所述Z轴滑动部与定位机构固定连接。

9.一种外接驱动与测量智能定位方法，应用于如权利要求1所述的外接驱动与测量智能定位系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采用机器视觉测量组件获取区域信息内的无动力车身定位工装的坐标值；

S2：采用处理单元根据坐标值，与处理单元预设白车身空间坐标匹对取差值，并将差值换算成手臂式机器人末端的伺服电机的旋转值；

S3：采用控制单元根据坐标值对手臂式机器人发出驱动信号；

S4：手臂式机器人带动其末的伺服电机根据坐标值对无动力车身定位工装配合，并根据旋转值调整无动力车身定位工装的坐标值。