实训用锂电池组件自动化装配装置的制作方法

本发明涉及一种锂电池装配装置，尤其是实训用锂电池组件自动化装配装置。

背景技术：

锂电池被广泛应用于新能源汽车、军事、航空等领域，尤其随着近几年电动汽车市场的火爆，锂电池需求量持续攀升。作为动力使用的锂电池多为圆柱形锂电池，需要将多个锂电池组件装到一起形成电池组件，电池组件方便安装到汽车上。锂电池组件装涉及的工序较多，而目前锂电行业自动化程度并不高，生产效率低，产品稳定性不足。而自动化设备可以解决这一系列的问题。

虽然自动化设备快速发展了，但是相关的高素质操作人员却紧缺，从业人员技能水平参差不齐，急需相关应用实训设备进行高素质人才培养。

目前现有的锂电池自动装配装置适用于大批量生产、结构复杂、占地面积大、价格昂贵，不适合用来实训。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种结构简单、成本低、与锂电池实际装配相似，能够有效提高学员对锂电池装配的认识，并提高对自动化设置操作技能的实训用锂电池组件自动化装配装置，具体技术方案为：

实训用锂电池组件自动化装配装置，包括工作台、机械臂、相机和快换工具盘，所述机械臂固定在工作台上，所述快换工具盘设有多个；还包括电池供料装置，所述电池供料装置用于将锂电池依次排列；支架座，所述支架座用于堆叠放置电池支架；检测台，所述相机位于检测台的一侧或上方；电池装配台，所述电池装配台用于电池组件的装配；成品台，所述成品台用于放置装配好的电池组件；支架气动夹爪，所述支架气动夹爪用于抓取电池支架；成品气动夹爪，所述成品气动夹爪用于抓取装配好的电池组件；电池取料爪，所述电池取料爪用于抓取锂电池；所述支架气动夹爪、成品气动夹爪和电池取料爪上均装有快换工具盘；及工具架，所述支架气动夹爪、支架气动夹爪和电池取料爪均活动插在工具架上；所述电池供料装置、支架座、检测台、电池装配台和工具架均固定在工作台上，且位于机械臂的工作范围内。

通过采用上述技术方案，电池供料装置将锂电池依次排列方便后续抓取电池，然后通过相机对锂电池进行检测，监控锂电池的方向是否正确，是否为同种规格的锂电池，避免混入不同的电池，相机同时也可以记录各个锂电池的信息，便于后续追踪锂电池。检测后将锂电池通过电池取料爪再次抓取并移动到电池装配台的上方，将锂电池插入到预先放置的电池支架上，电池支架上的锂电池均装配完成，装入另一个电池支架，完成电池组件的装配，将机械臂上的工具更换为成品气动夹爪，将电池组件移动到成品台上。

实训用锂电池组件自动化装配装置结构简单、成本低，并且涉及到锂电池装配的绝大部分环节，与实际生产联系紧密，同时涉及到自动化装置中常用到的电机的控制、气缸的控制、真空吸盘的控制、机械臂的控制，大大提高了学员的技能，并且能够用于技能考核。

进一步的，所述电池供料装置包括供料仓，所述供料仓用于存储锂电池；导料板，所述导料板设置在供料仓的内部，且位于供料仓的后端，所述导料板倾斜设置，所述导料板用于放置锂电池；旋转送料装置，所述旋转送料装置安装在供料仓上，且位于导料板位置低的一端，所述旋转送料装置用于将锂电池从导料板上依次送出；推料装置，所述推料装置位于旋转送料装置的出料口，所述推料装置用于将锂电池从出料口推到供料板上；供料板，所述供料板位于推料装置的一侧，且位于供料仓的前端；排列装置，所述排列装置安装在供料板的一端，且与推料装置位于同一端，所述排列装置用于将锂电池推向供料板的另一端。

通过采用上述技术方案，旋转送料装置用于将堆积在一起的锂电池进行依次输出，方便依次排列，从而方便后续的抓取。

推料装置能够使进入到供料板上的锂电池位置一致，即锂电池的端面均位于同一平面，使锂电池排列整齐，方便后续抓取。

排列装置将锂电池依次排列在供料板上，便于电池取料爪吸取锂电池。

进一步的，所述旋转送料装置包括送料轮，所述送料轮为圆柱形，所述送料轮上环形阵列设有多个送料槽，所述送料槽与锂电池相匹配，所述送料轮转动安装在供料仓上，所述送料轮的一侧位于导料板的一端，所述送料轮的另一侧位于供料仓的侧壁；弧形挡料板，所述弧形挡料板位于送料轮的两侧，且均位于导料板的下方，所述弧形挡料板与送料轮相匹配，两个弧形挡料板之间形成出料口，所述弧形挡料板用于锂电池依次脱离送料槽；电机，所述电机与送料轮连接。

通过采用上述技术方案，送料轮转动实现锂电池从导料板上依次进入到供料板上。

进一步的，所述推料装置包括推料气缸，所述推料气缸固定在供料板的下方；推料杆，所述推料杆与推料气缸连接，所述推料杆活动位于供料板上的推料槽内；所述推料杆用于将锂电池推送到排列装置的一侧。

通过采用上述技术方案，推料气缸为双轴气缸，方便控制推料杆的位置，通过推料杆实现锂电池在供料板上的对齐。

进一步的，所述排列装置包括排列块，所述排列块活动位于供料板的一端，且与供料板上的锂电池相对应；排列气缸，所述排列气缸固定在供料板上，所述排列气缸上装有排列块。

通过采用上述技术方案，排列气缸为双轴气缸，排列气缸推动排列块，排列块将锂电池从供料板的一端向另一端推动，从而使锂电池排列在供料板上，方便后续抓取锂电池。

进一步的，所述供料板上阵列设有多个电池定位槽，所述电池定位槽用于锂电池的定位。

通过采用上述技术方案，电池定位槽能够避免锂电池自由滚动，防止供料板上的锂电池数量较少时锂电池之间的间距不等，导致电池取料爪无法正常抓取锂电池。

进一步的，所述检测台的顶部设有检测槽，所述检测槽用于放置锂电池；所述相机位于检测台的一侧，所述相机用于拍摄检测槽中的锂电池。

通过采用上述技术方案，检测槽方便对锂电池进行二次定位，从而保证锂电池的整齐，方便电池取料爪整体抓取，能保证多个锂电池同时插入电池支架。

相机位于检测台的侧面减少对机械臂的影响，减少机械臂的运动轨迹，降低编程难度，同时使结构合理。

进一步的，所述电池取料爪包括取料板，所述取料板上设有多个取料槽，所述取料槽为圆弧槽，所述取料槽与锂电池相匹配，所述取料槽的底部设有真空吸孔，所述真空吸孔与真空发生器连接器，所述真空吸孔用于吸附锂电池，所述取料板上装有快换工具盘。

通过采用上述技术方案，取料槽与真空吸孔配合能够有效的吸附锂电池，同时多个取料槽实现一次吸附多个锂电池，并实现一次将多个锂电池插入到电池支架上，大大提高了加工效率。

进一步的，还包括连接板，所述连接板的一端与快换工具盘连接，所述连接板的另一端与取料板连接，所述取料槽的轴线倾斜设置，所述连接板上装有快换工具盘。

通过采用上述技术方案，连接板使取料板倾斜设置，取料板倾斜设置方便机械臂带动取料板抓取锂电池，由于取料板倾斜设置，机械臂无需带动取料板从供料板的正上方下降进行锂电池的吸附，能够扩大机械臂的运行范围，减少干涉现象。

进一步的，还包括夹爪座，所述成品气动夹爪和支架气动夹爪分别安装在夹爪座上的两端，所述支架气动夹爪与成品气动夹爪交错设置，且均倾斜安装，所述夹爪座上装有快换工具盘。

通过采用上述技术方案，将成品气动夹爪和支架气动夹爪安装在同一个夹爪座上，能够减少更换工具的次数，节约工具架的空间。

支架气动夹爪和成品气动夹爪倾斜安装方便抓取，避免机械臂带动支架气动夹爪和成品气动夹爪从正上方下降进行抓取。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的实训用锂电池组件自动化装配装置结构简单、成本低、与锂电池实际装配相似，能够有效提高学员对锂电池装配的认识，并提高对自动化设置操作技能的，通过将机械臂与锂电池生产技术相结合，可大幅度提高锂电池生产线的自动化和智能化程度，提高生产效率和产品质量，带动锂电池生产企业进行技术升级和改造。

附图说明

图1是实训用锂电池组件自动化装配装置的结构示意图；

图2是支架座的结构示意图；

图3是电池供料装置的结构示意图；

图4是电池供料装置的局部放大剖面结构示意图；

图5是电池供料装置的后视图；

图6是成品台的结构示意图；

图7是工具架的第一视角的结构示意图；

图8是工具架的第二视角的结构示意图；

图9是夹爪座的结构示意图；

图10是电池取料爪的结构示意图；

图11是检测台的结构示意图；

图12是电池装配台的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图11所示，实训用锂电池组件自动化装配装置，包括工作台11、机械臂2、相机52和快换工具盘21，机械臂2固定在工作台11上，快换工具盘21设有多个；还包括电池供料装置3，电池供料装置3用于将锂电池20依次排列；支架座4用于堆叠放置电池支架10；检测台5，相机52位于检测台5的一侧或上方；电池装配台6，电池装配台6用于电池组件30的装配；成品台7，成品台7用于放置装配好的电池组件30；支架气动夹爪94，支架气动夹爪94用于抓取电池支架10；成品气动夹爪95，成品气动夹爪95用于抓取装配好的电池组件30；电池取料爪91，电池取料爪91用于抓取锂电池20；支架气动夹爪94、成品气动夹爪95和电池取料爪91上均装有快换工具盘21；及工具架8，支架气动夹爪94、支架气动夹爪94和电池取料爪91均活动插在工具架8上；电池供料装置3、支架座4、检测台5、电池装配台6和工具架8均固定在工作台11上，且位于机械臂2的工作范围内。

电池供料装置3将锂电池20依次排列方便后续抓取锂电池20，然后通过相机52对锂电池20进行检测，监控锂电池20的方向是否正确，是否为同种规格的锂电池20，避免混入不同的规格的电池，相机52同时也可以记录各个锂电池20的信息，便于后续追踪锂电池20。检测后将锂电池20通过电池取料爪91再次抓取并移动到电池装配台6的上方，将锂电池20插入到预先放置的电池支架10上，电池支架10上的锂电池20均装配完成后装入另一个电池支架10，完成电池组件30的装配，将电池组件30件移动到成品台7上。

实训用锂电池组件自动化装配装置结构简单、成本低，并且涉及到锂电池20装配的绝大部分环节，与实际生产联系紧密，同时涉及到自动化装置中常用到的电机38的控制、气缸的控制、真空吸盘的控制、机械臂2的控制，大大提高了学员的技能，并且能够用于技能考核。

支架座4上设有支架定位槽41，电池支架10活动插在支架定位槽41中，支架定位槽41用于电池支架10的定位，便于机械臂精确的抓取电池支架10，保证放置到电池装配台6上的电池支架10的位置准确，同时避免振动等使电池支架10的位置发生变动的情况。

快换工具盘21为现有的成熟产品。快换工具盘21包含快换工具公盘和快换工具母盘，快换工具公盘和快换工具母盘实现快速更换。快换工具公盘安装于机械臂2的末端，快换工具母盘分别安装在夹爪座93和电池取料爪91上。

机械臂2为六轴机械臂2或七轴机械臂2，机械臂2的应用较为广泛，控制也较复杂，但是能够实现较为复杂的功能，相比采用直线模组的自动化设备结构更加简单，采用机械臂2能够提高学员对机械臂2的认知和操作技能。

工作台11的顶部装有铝型材，铝型材并列设有多个。铝型材上设有多个安装槽，方便各种装置的快捷装卸，同时方便布局，使工作台11的通用性较好，方便增加其它装置。

工作台11的顶部还装有框架12，框架12采用铝方管组成。框架12上装有透明亚克力防护门，透明亚克力防护门既可实现安全防护，保障操作安全，同时也方便观察加工情况。工作台11底部的内部用于放置机械臂2控制器、电气系统以及空气压缩机等。框架12的一侧配有悬臂窗，用于安装控制面板、触摸屏等部件，实现现场操作和人机交互。

电池取料爪91包括取料板91，取料板91上设有多个取料槽911，取料槽911为圆弧槽，取料槽911与锂电池20相匹配，取料槽911的底部设有真空吸孔912，真空吸孔912与真空发生器连接器，真空吸孔912用于吸附锂电池20；及连接板92，连接板92的一端与快换工具盘21上的工具挂板22连接，连接板92的另一端与取料板91连接，取料槽911的轴线倾斜设置。

取料槽911与真空吸孔912配合能够有效的吸附锂电池20，同时多个取料槽911实现一次吸附多个锂电池20，并实现一次将多个锂电池20插入到电池支架10上，大大提高了加工效率。连接板92使取料板91倾斜设置，取料板91倾斜设置方便机械臂2带动取料板91抓取锂电池20，由于取料板91倾斜设置，机械臂2无需带动取料板91从供料板35的正上方下降进行锂电池20的吸附，能够扩大机械臂2的运行范围，减少干涉现象。

真空发生器设有多个，真空发生器的数量与取料槽911的数量一致，这样方便单独控制每个取料槽911。

还包括夹爪座93，成品气动夹爪95和支架气动夹爪94分别安装在夹爪座93上的两端，支架气动夹爪94与成品气动夹爪95交错设置，且均倾斜安装，夹爪座93安装在快换工具盘21上的工具挂板22上。

将成品气动夹爪95和支架气动夹爪94安装在同一个夹爪座93上，能够减少更换工具的次数，节约工具架8的空间。

支架气动夹爪94和成品气动夹爪95倾斜安装方便抓取，避免机械臂2带动支架气动夹爪94和成品气动夹爪95从正上方下降进行抓取。

还包括工具挂板22，工具挂板22上的两端均设有定位孔，快换工具盘21固定在工具挂板22上；工具架8包括工具底板81，工具底板81安装在工作台11上；工具立柱82，工具立柱82固定在工具底板81上，工具立柱82不少于两个；工具销钉83，工具销钉83固定在工具立柱82上，定位孔活动插在工具销钉83上。

电池供料装置3包括供料仓31，供料仓31用于存储锂电池20；导料板32，导料板32设置在供料仓31的内部，且位于供料仓31的后端，导料板32倾斜设置，导料板32用于放置锂电池20；旋转送料装置，旋转送料装置安装在供料仓31上，且位于导料板32位置低的一端，旋转送料装置用于将锂电池20从导料板32上依次送出；推料装置，推料装置位于旋转送料装置的出料口341，推料装置用于将锂电池20从出料口341推到供料板35上；供料板35，供料板35位于推料装置的一侧，且位于供料仓31的前端；排列装置，排列装置安装在供料板35的一端，且与推料装置位于同一端，排列装置用于将锂电池20推向供料板35的另一端。

旋转送料装置用于将堆积在一起的锂电池20进行依次输出，方便依次排列，从而方便后续的抓取。

推料装置能够使进入到供料板35上的锂电池20位置一致，即锂电池20的端面均位于同一平面，使锂电池20排列整齐，方便后续抓取。

排列装置将锂电池20依次排列在供料板35上，便于电池取料爪91吸取锂电池20。

旋转送料装置包括送料轮33，送料轮33为圆柱形，送料轮33上环形阵列设有多个送料槽331，送料槽331与锂电池20相匹配，送料轮33转动安装在供料仓31上，送料轮33的一侧位于导料板32的一端，送料轮33的另一侧位于供料仓31的侧壁；弧形挡料板34，弧形挡料板34位于送料轮33的两侧，且均位于导料板32的下方，弧形挡料板34与送料轮33相匹配，两个弧形挡料板34之间形成出料口341，弧形挡料板34用于锂电池20依次脱离送料槽331；电机38，电机38与送料轮33连接。

送料轮33转动实现锂电池20从导料板32上依次进入到供料板35上。

具体的，电机38安装在供料板35下方，电机38通过皮带驱动送料轮33转动，电机38安装在供料板35的下方节约空间。

弧形挡料板34设有两个，分别为第一弧形挡板和第二弧形挡板，第一弧形挡板和第二弧形挡板分别位于送料轮33的两侧，第一弧形挡板和第二弧形挡板均与送料轮33的外圆面相匹配，用于送料轮33转动时将锂电池20限制在送料槽331内，第一弧形挡板的一端与导料板32的另一端连接，第一弧形挡板的另一端位于供料板35的上方，第二弧形挡板的一端与供料仓31的侧壁连接，第二弧形挡板的另一端位于供料板35的上方，第一弧形挡板另一端与第二弧形挡板的另一端均位于送料轮33的底部，形成出料口341，且之间的宽度大于锂电池20的直径，方便锂电池20从送料槽331内脱落到供料板35上。

第一弧形挡板和第二弧形挡板上还可以均装有出料挡板，出料挡板分别位于第一弧形挡板的另一端和第二弧形挡板的另一端，两个出料挡板形成出料口341。出料挡板可以限制锂电池20的姿态，放置锂电池20发生翻转，从而方便推料杆372将锂电池20推到供料板35的前端。

推料装置包括推料气缸371，推料气缸371固定在供料板35的下方；推料杆372，推料杆372与推料气缸371连接，推料杆372活动位于供料板35上的推料槽352内；推料杆372用于将锂电池20推送到排列装置的一侧。推料气缸371为双轴气缸，方便控制推料杆372的位置，通过推料杆372实现锂电池20在供料板35上的对齐。

排列装置包括排列块362，排列块362活动位于供料板35的一端，且与供料板35上的锂电池20相对应；排列气缸361，排列气缸361固定在供料板35上，排列气缸361上装有排列块362。

排列气缸361为双轴气缸，排列气缸361推动排列块362，排列块362将锂电池20从供料板35的一端向另一端推动，从而使锂电池20排列在供料板35上，方便后续抓取锂电池20。

供料板35上阵列设有多个电池定位槽351，电池定位槽351用于锂电池20的定位。

电池定位槽351能够避免锂电池20自由滚动，防止供料板35上的锂电池20数量较少时锂电池20之间的间距不等，导致电池取料爪91无法正常抓取锂电池20。

检测台5的顶部设有检测槽，检测槽用于放置锂电池20；相机52位于检测台5的一侧，相机52用于拍摄检测槽中的锂电池20。

检测槽方便对锂电池20进行二次定位，从而保证锂电池20的整齐，方便电池取料爪91整体抓取，能保证多个锂电池20同时插入电池支架10。

相机52位于检测台5的侧面减少对机械臂2的影响，减少机械臂2的运动轨迹，降低编程难度，同时使结构合理。

工作前先放置锂电池20、电池支架10和工具。将电池支架10整齐的叠放在支架座4的支架定位槽41中；将多个锂电池20放置到电池供料装置3的供料仓31内；将相关的工具放置到工具架8上。工作时，电池供料装置3启动，电机38带动送料轮33转动，送料轮33转动时使锂电池20进入到送料槽331中，锂电池20在送料槽331中跟随送料轮33转动到出料口341处，在送料轮33的转动过程中，由于弧形挡料板34的作用锂电池20被限制在送料槽331内，当送料槽331转动到出料口341时，锂电池20在重力的作用下掉落到供料板35上。在电池供料装置3工作的同时，机械臂2先移动到工具架8处，机械臂2与夹爪座93上的快换工具盘21连接，然后机械臂2带动夹爪座93移动到支架座4处，机械臂2驱动支架气动夹爪94抓取支架座4，然后将支架座4放置到电池装配台6上，接着机械臂2移动到工具架8处更换为电池取料爪91，然后移动到电池供料装置3的供料板35的上方，机械臂2驱动电池取料爪91吸取锂电池20，然后将电池取料爪91和锂电池20移动到检测台5的上方，将锂电池20放入到检测槽中，相机52进行拍照，相机52检测锂电池20的正负极位置是否符合装配要求，锂电池20的规格是否一致，当电池的正负极位置不是装配要求的位置时，机械臂2驱动电池取料爪91下降到检测中的锂电池20上，启动位置错误的那个取料槽911的真空发生器，将位置错误的那个锂电池20吸附到取料槽911中，然后机械臂2带动电池取料爪91上升一定的高度，并将锂电池20旋转180度，实现正负极的位置交换，然后再将变化位置后的锂电池20放入到检测槽中，当锂电池20的规格错误时单独将规格不对的锂电池20取走，并装入从供料板35上吸附的新的锂电池20，然后再次拍照检测，直到检测槽中的锂电池20规则一致，正负极位置符合装配要求时再将锂电池20全部吸住，然后移动到电池装配台6上的电池支架10的上方，将锂电池20插入到电池支架10的电池孔内，依次将电池支架10装满电池，然后机械臂2再次将工具更换为夹爪座93并选择支架气动夹爪94，移动到支架座4处抓取电池支架10，将电池支架10装配到电池装配台6上的锂电池20上，实现锂电池20的正负极均装有电池支架10，然后机械臂2将支架气动夹爪94切换为成品气动夹爪95，使用成品气动夹爪95抓取装配好的电池组件30，并将电池组件30移动到成品台7上，将电池组件30放置到指定位置，完成一个电池组件30的装配，然后继续装配下一个电池组件30。