一种锂电池模组组装机的制作方法

本实用新型涉及锂电池生产制造技术领域，具体涉及一种锂电池模组组装机。

背景技术：

锂电池是一种由锂金属或锂合金制成负极材料后使用非水电解质溶液的电池，它是目前的手机或者笔记本电脑等现代数码产品应用中的主要电源。在机动车领域，锂电池也逐渐代替传统汽柴油成为汽车的动力之一，随之出现的电动汽车已经成为国内新能源汽车领域的重要产品，电动汽车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车，符合日益得到国内外重视的环保要求。随着化石能源的不断消耗，未来的汽车市场，必然是电动汽车占主导地位。

在应用到汽车上时，需要将复数块锂电池串并联后组成电池模组使用。电池模组的组装是将电池逐一安装到塑料件中堆叠连接的过程。其中，塑料件在组装完成的电池模组中自下而上的排列顺序依次包括一块底板、数块中间板、一块顶板和用于对锂电池形成防爆保护的安全盒。锂电池堆叠复数层后在其顶部和底部分别设置顶板和底板，相邻层的锂电池之间通过中间板隔离，最后再接驳配套的保护、监控、冷却控制和充放电控制等管理电路后再在整个模组外封装保护用的外壳，从而形成产品。这一系列的组装工作在目前国内的锂电池制造行业中，通常以人工作业的方式来完成其中的大部分工作。工人操作时，需要拣选不同的塑料件进行组装，并且对于不同的塑料件需要在不同的组装工位中完成对应的安装工作。这一人工作业方式不仅效率低，而且出错率较高，无法应对自动化生产节奏。并且，巨大的人工成本投入也越来越无法应对薄利多销的实体制造企业的现状。行业内需要一类对应锂电池自动化生产节奏的自动化模组组装设备来满足高效率高质量的现代化生产需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种锂电池模组组装机，解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种锂电池模组组装机，包括组装机本体，所述组装机本体包括一内设组装工位的机架，组装工位内设有作为锂电池模组组装时的基础支撑的工装板，机架外设有输送塑料件的物料输送机和输送锂电池的电池输送机，所述塑料件包括用于形成锂电池模组骨架的底板、中间板、顶板和安全盒，其特征在于，还包括一用于从电池输送机上抓取锂电池后放置到塑料件上进行组装的电池夹爪和一用于从物料输送机上抓取塑料件后放置到工装板上的物料夹爪，所述电池夹爪通过与其配套的机械臂进行移载和定位，所述物料夹爪通过与其配套的机械臂进行移载和定位；

与所述电池夹爪配套的机械臂固定于所述组装机本体内，与所述物料夹爪配套的机械臂固定于所述组装机本体内。

本实用新型通过设置电池夹爪和物料夹爪对锂电池和塑料件进行分别取放，不仅精度高，而且作业效率得到有效提升，满足了现代化生产的快节奏需求，而且整套组装工序得以在一个组装工位内完成，快捷方便，降低了设备成本，精简了生产线。

所述电池输送机和所述物料输送机的输送面位于同一水平面。

还包括一工装板供料装置，用于将完成锂电池模组组装的工装板送出组装工位，同时将新的空置的工装板送入组装工位内，所述工装板供料装置包括一工装板输送机，所述工装板输送机位于组装工位的下方；

所述工装板供料装置包括一用于对工装板进行顶升或下降的升降机构，所述升降机构包括一作垂直升降运动的升降台，所述工装板放置于所述升降台的台面上，每完成一层锂电池的模组组装工序后，升降台下降一定高度，便于后续组装，当升降台下降至下限位时，表示锂电池模组组装进入最后的封顶工序，待顶板完成安装后，工装板输送机将工装板往后道工序输送，同时将新的空置的工装板送入组装工位下方，由升降机构将升降台顶升至于电池输送机的输送面同一水平面，便于电池夹爪进行取放电池的操作。

所述升降台采用伺服电机驱动的升降台，其通过伺服电机驱动后作升降运动，以便精确定位高度位置。

与所述电池夹爪和所述物料夹爪配套的机械臂均采用伺服电机驱动的机械臂，以便提高动作灵活度和移载精度。

所述电池夹爪和所述物料夹爪的驱动部件均采用伺服电机驱动的驱动部件，以便对电池夹爪或者物料夹爪的抓取扭矩进行精确控制，防止夹取过程中损坏电池或者物料。优选的，驱动部件采用伺服电缸或者伺服气缸，其基础动力提供均为伺服电机，以便能有效反馈夹持精度和电机输出扭矩的大小，从而确保夹持力输出的稳定，也能够有效避免夹持力超限而损伤电池。

与所述电池夹爪和所述物料夹爪配套的机械臂均采用伺服电机驱动，以便对夹爪的抓取位置进行精确定位。

还包括一锂电池防跌落装置，所述锂电池防跌落装置包括一与所述电池夹爪配套的弹簧组件，所述弹簧组件设置于所述电池夹爪内，所述电池夹爪包括左右两个爪部，右侧的爪部连接电池夹爪的驱动部件，在其驱动下左右运动，向左移动时靠向左侧的爪部，从而实现夹持效果，在驱动部件的驱动下右侧爪部向右侧运动，则远离左侧爪部，从而实现释放的效果；

所述弹簧组件包括左右方向伸缩的伸缩杆和弹簧，所述伸缩杆的一端伸入左侧爪部内、另一端连接右侧爪部，所述弹簧套设于所述伸缩杆伸入左侧爪部内的杆身上，所述伸缩杆的左侧末端设有一防止所述弹簧脱离的限制部。

本实用新型在夹取电池时，电池夹爪驱动部件驱动下使右侧爪部右移，从而使电池夹爪打开，此时，弹簧受到压缩，当右侧爪部左移时，电池夹爪对电池进行夹持，此时弹簧在恢复力作用下逐渐恢复原状，此时，如果电池夹爪的驱动部件失电或者失气，则右侧爪部的驱动力消失，使得电池夹爪来自驱动部件的夹持力消失，但是此时由于弹簧处于恢复力作用下，使右侧爪部依然具有一定的夹持力，即是说，本实用新型中的电池夹爪的夹持力包括来自电池夹爪驱动部件产生的夹持力和弹簧组件的恢复作用产生的夹持力。由于驱动部件的夹持力受制于电力或者气压，当驱动部件失电或者失气时，导致该部分夹持力消失后，存在电池掉落的隐患，而弹簧组件的恢复作用产生的夹持力属于直接的机械力，不受电力或者气源供应的影响，从而可以在设备失电或者失气时确保电池不会掉落，降低了作业中的安全隐患。

本实用新型中，由于组装时的锂电池是带电状态，如果其正负极短路将造成打火现象，存在火情隐患，因此在电池的移载过程中，防止锂电池掉落成为设备设计的重中之重，本实用新型通过设置锂电池防跌落装置，为锂电池的夹取和放置作业提供安全措施，实现了在组装机本体遭受断电断气的异常情况下，也可以避免电池掉落的功能。

还包括一夹持机构，用于在锂电池的取放过程中将塑料件夹持后使其稳固，并且也用于在锂电池上加盖塑料件时对锂电池进行夹持后使其稳固，防止其堆叠时的外力作用导致锂电池或者塑料件产生一定位移而影响后续组装作业的精度。

所述夹持机构包括由气缸驱动的推板组和用于支撑所述推板组的推板支撑架，所述推板组的气缸固定在所述推板支撑架上。

所述推板组包括从锂电池的长度方向对其推紧的纵向推板组和从锂电池的宽度方向将其推紧的横向推板组，任一组推板组包括对向设置的两个推板，两个推板之间为组装工位。

优选的，每一层锂电池设有四个，分两列排布，每列两块锂电池，对应的，所述夹持机构包括纵横设置的三组推板组，对组装工位俯视观察时，上下设有两组对向设置的纵向推板组，左右设有一组对向设置的横向推板组，横向推板组的推板的板面宽度大于两块锂电池的竖向长度之和。

还包括一过渡机构，用于在前一次锂电池模组组装工序完成后的模组移出过程中，继续对后续的锂电池模组进行预组装，所述过渡机构包括一闭合时板面呈水平状的门板单元和用于对门板单元进行升降的门板升降装置，所述门板单元在前一次锂电池模组组装工序完成后即闭合，并随着工装板供料装置的升降台的下降而下降后便于在其上对后一次锂电池模组组装工序的锂电池进行预堆叠，待新的空置的工装板到位后，由所述过渡机构将在其门板单元的板面上预堆叠的锂电池层放置到空置的工装板上。

还包括一卡扣到位检测装置，用于检测底板和中间板堆叠、相邻中间板堆叠时的卡扣连接是否正常，所述卡扣到位检测装置包括一检测支架，所述检测支架的一端固定连接所述物料夹爪、另一端面向物料伸出，所述检测支架内设有一检测气路，所述检测气路采用一三通结构的检测气路，所述检测气路的第一开口通过一通气接口连接外部气源、第二开口连接一用于检测所述检测气路内气压的检测气缸、第三开口设置于所述检测支架面向物料的伸出端，其内伸入一检测板，所述检测板的另一端连接一挡块，所述挡块伸入被物料夹爪夹持住的物料的卡槽内。本实用新型工作时，外部气源向检测气路内充入气体，使其具有一正压，正压将检测板往外推，当物料夹爪夹持住底层物料时，挡块伸入底层物料的卡槽的侧向开口内并将该开口封闭，当上方的物料堆叠到底层物料上时，上方物料的卡扣卡入底层物料的卡槽的过程中，将挡板往检测板方向推移，从而使检测板伸入检测气路的第三开口内，使检测气路的压力值达到设定值以上，以此判断卡扣到位，当上方物料堆叠到底层物料上时，由于意外情况，其上的卡扣无法顺利卡入卡槽内，此时，由于检测气路内的正压的作用，使检测板被推离检测气路的第三开口，从而使检测气路内的压力值无法达到设定值，判断为卡扣未卡入卡槽。

本实用新型通过设置卡扣到位检测装置，在物料夹爪夹持物料时即可检测到中间板之间的堆叠或者中间板堆叠到底板上时，卡扣是否卡入顺利，节省了检测时间和检测工序，提高了装配效率和精度。

有益效果：由于采用上述技术方案，本实用新型仅需一个组装工位即可完成整套电池模组化组装工序，无需人工介入，高效安全，大大提高了生产效率，满足了自动化生产锂电池的需求。

附图说明

图1为本实用新型的主视结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的卡扣到位检测装置的结构示意图；

图4为本实用新型的锂电池防跌落装置的结构示意图；

图5为本实用新型的夹持机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。

参照图1、图2，一种锂电池模组组装机，包括组装机本体，组装机本体包括一内设组装工位的机架1，组装工位内设有作为锂电池模组组装时的基础支撑的工装板2。锂电池在组装工位内进行模组化装配。机架1外设有输送塑料件的物料输送机和输送锂电池的电池输送机，塑料件包括用于形成锂电池模组骨架的底板、中间板、顶板和安全盒。用于从电池输送机上抓取锂电池后放置到塑料件上进行组装的电池夹爪41通过与其配套的机械臂411进行夹爪的移载和定位，用于从物料输送机上抓取塑料件后放置到工装板上的物料夹爪42通过与其配套的机械臂421进行夹爪的移载和定位；机械臂411与机械臂421均固定于组装机本体内。电池输送机和物料输送机的输送面位于同一水平面。物料夹爪42上设有卡扣到位检测装置，用于检测中间板堆叠到底板上时、上下层中间板之间堆叠时的卡扣连接是否正常。电池夹爪41上设有用于在电池夹爪无电或者无气供应时防止锂电池掉落的锂电池防跌落装置。还包括工装板供料装置，用于将完成锂电池模组组装的工装板送出组装工位，同时将新的空置的工装板送入组装工位内，工装板供料装置包括一工装板输送机3，工装板输送机3位于组装工位的下方。工装板供料装置还包括用于对工装板2进行顶升或下降的升降机构，升降机构包括一作垂直升降运动的升降台，工装板2放置于升降台的台面上，每完成一层锂电池的模组组装工序后，升降台下降一定高度，便于后续组装，当升降台下降至下限位时，表示锂电池模组组装进入最后的封顶工序，待顶板完成安装后，工装板输送机将工装板2往后道工序输送，同时将新的空置的工装板2送入组装工位下方，由升降机构将升降台顶升至于电池输送机的输送面同一水平面，便于电池夹爪进行取放电池的操作。升降台通过伺服电机驱动后作升降运动，以增加定位精度。电池夹爪和物料夹爪均采用伺服电机驱动的四轴机械臂进行移载和定位。电池夹爪和物料夹爪的驱动部件均采用伺服电机驱动，以便对电池夹爪和物料夹爪的抓取扭矩进行控制，防止夹爪在抓取过程中，损坏电池或者物料。优选的，电池夹爪和物料夹爪的驱动部件采用伺服电缸或者伺服气缸。

参照图3，卡扣到位检测装置包括检测支架71，检测支架71的一端固定连接物料夹爪42、另一端面向物料伸出，检测支架71内设有检测气路，检测气路为三通结构，其第一开口通过通气接口72连接外部气源、第二开口连接一用于检测检测气路内气压的检测气缸73、第三开口76设置于检测支架面向物料的伸出端，其内伸入一检测板74，检测板74的另一端连接挡块75，挡块75伸入被物料夹爪42夹持住的物料81的卡槽内。本实用新型工作时，外部气源向检测气路内充入气体，使其具有一正压，正压将检测板74往外推，当物料夹爪42夹持住底层物料81时，挡块75伸入底层物料81的卡槽的侧向开口内，当上方物料82堆叠到底层物料81上时，上方物料82的卡扣卡入底层物料81的卡槽的过程中，将挡板75往检测板74方向推移，从而使检测板74伸入第三开口76内并将该开口封闭，使检测气路的压力值达到设定值以上，以此判断卡扣到位；当上方物料82堆叠到底层物料81上时，由于意外情况，其上的卡扣无法顺利卡入卡槽内，此时，由于检测气路内的正压的作用，使检测板74被推离第三开口76，从而使检测气路内的压力值无法达到设定值，判断为卡扣未卡入卡槽。通过设置卡扣到位检测装置，在物料夹爪夹持物料时即可检测到中间板之间的堆叠或者中间板堆叠到底板上时，卡扣是否卡入顺利，节省了检测时间和检测工序，提高了装配效率和精度。

参照图4，锂电池防跌落装置包括一与电池夹爪配套的弹簧组件，弹簧组件设置于电池夹爪内，电池夹爪包括左侧爪部4101和右侧爪部4102，右侧爪部4102连接电池夹爪的驱动部件4100，在其驱动下左右运动，向左移动时靠向左侧爪部4101，从而实现夹持效果，在驱动部件4100的驱动下右侧爪部4102向右侧运动，则远离左侧爪部4101，从而实现释放的效果。弹簧组件包括左右方向伸缩的伸缩杆4103和弹簧4104，伸缩杆4103的一端伸入左侧爪部4101内、另一端连接右侧爪部4102，弹簧4104套设于伸缩杆4103伸入左侧爪部4101内的杆身上，杆身左侧末端设有一用于防止弹簧4104脱离伸缩杆413的限制部4105。

本实用新型在夹取电池时，电池夹爪在驱动部件4100驱动下使右侧爪部4102右移，从而使电池夹爪打开，此时，弹簧4104受到压缩，当右侧爪部4102左移时，电池夹爪对电池进行夹持，此时弹簧4104在恢复力作用下逐渐恢复原状，此时，如果驱动部件4100失电或者失气，则右侧爪部4102的驱动力消失，使得电池夹爪来自驱动部件4100的夹持力消失，但是此时由于弹簧4104处于恢复力作用下，使右侧爪部4102依然具有一定的夹持力，即是说，本实用新型中的电池夹爪的夹持力包括来自电池夹爪驱动部件4100产生的夹持力和弹簧组件的恢复作用产生的夹持力。由于驱动部件4100的夹持力受制于电力或者气压，当驱动部件失电或者失气时，导致该部分夹持力消失后，存在电池掉落的隐患，而弹簧组件的恢复作用产生的夹持力属于直接的机械力，不受电力或者气源供应的影响，从而可以在设备失电或者失气时确保电池不会掉落，降低了作业中的安全隐患。

参照图5，还包括用于在锂电池的取放过程中将塑料件夹持后使其稳固的夹持机构，夹持机构也用于在锂电池上加盖塑料件时对锂电池进行夹持后使其稳固，防止其堆叠时的外力作用导致锂电池或者塑料件产生一定位移而影响后续组装作业的精度。夹持机构包括由气缸驱动的推板组和用于支撑推板组的推板支撑架51，推板组的气缸固定在推板支撑架51上。推板组包括从锂电池的长度方向对其推紧的纵向推板组52和从锂电池的宽度方向将其推紧的横向推板组53，任一组推板组包括对向设置的两个推板，两个推板之间为组装工位。优选的，每一层锂电池设有四个，分两列排布，每列两块锂电池，对应的，夹持机构包括纵横设置的三组推板组，对组装工位俯视观察时，上下设有两组对向设置的纵向推板组，左右设有一组对向设置的横向推板组，横向推板组的推板的板面宽度大于两块锂电池的竖向长度之和。

参照图1、图2，还包括一过渡机构，用于在前一次锂电池模组组装工序完成后的模组移出过程中，继续对后续的锂电池模组进行预组装，过渡机构包括一闭合时板面呈水平状的门板单元6和用于对门板单元6进行升降的门板升降装置，门板单元6在前一次锂电池模组组装工序完成后即闭合，并随着工装板供料装置的升降台的下降而下降后便于在其上对后一次锂电池模组组装工序的锂电池进行预堆叠，待新的空置的工装板2到位后，由过渡机构将在其门板单元6的板面上预堆叠的锂电池层放置到空置的工装板2上。

本实用新型通过设置电池夹爪和物料夹爪对锂电池和塑料件进行分别取放，不仅精度高，而且作业效率得到有效提升，满足了现代化生产的快节奏需求，而且整套组装工序得以在一个组装工位内完成，快捷方便，降低了设备成本，精简了生产线。

上述内容显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。