CN110124941B - 用于电池模组涂胶的智能快速编程平台及其编程方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电池模组涂胶的智能快速编程平台及其编程方法，其特征在于：包括用于对电池模组进行装配的涂胶工位和用于涂胶的机器人，机器人与工控机连接，工控机具备智能编程系统；涂胶工位包括工作台架、变位单元、定位单元和压力单元，变位单元、定位单元和压力单元均设置在工作台架上，变位单元、定位单元和压力单元均与工控机连接。本发明提供的机器人智能快速编程平台，主要应用在非生产环境中模拟工业环境，能够根据用户的作业任务要求，在非生产环境中编程示教之后，即可拿到现场直接使用，程序编程示教均不需要占用企业生产时间，保障了企业的合理效益。

Description

用于电池模组涂胶的智能快速编程平台及其编程方法

技术领域

本发明属于机器人编程以及电池模组涂胶领域，具体涉及一种用于电池模组涂胶的智能快速编程平台及其编程方法。

背景技术

电池模组是为新能源汽车提供能源的重要组成部件，电池模组由数量不等的电芯构成，电芯的数量根据电池模组所需要的电性能来决定；现有生产线中，电池模组的构成是由机器人在电芯上涂胶，电芯之间两两互相挤压粘连，最后套装电池模组壳体；机器人涂胶轨迹往往有往复型、之字型、螺旋型等不同作业轨迹，在生产过程中，通过输入作业路径的关键参数，系统再根据这些参数生产准确的路径模型。但是，同一条生产线中，其所面临的电芯尺寸是会一直变化的，同一套参数对于不同尺寸的电芯并不能产生同样的效果；实际生产过程中，一套参数往往只能应用在一种电芯尺寸中，而作业轨迹的不同，涂胶喷涂量的差别，往往都会造成较大的差别。

现有解决这类问题的方法为：现场工作人员根据电芯尺寸和其他特征的变化，对其作业路径的关键参数进行编程，编程之后拿到现场进行示教，示教过程为：将编程程序输入机器人控制器，以用来控制机器人作业轨迹以及其他相关设备，示教过程需要生产线停机，而且示教编程周期特别长，编程人员需要多次编程才可能最终达到理想的涂胶效果，但是编程示教过程占用了企业的生产时间，降低了生产效率，一定程度上降低了企业的效益。

发明内容

针对上述现有解决方法的缺陷，本发明的目的是提供一种用于电池模组涂胶的智能快速编程平台及其编程方法，用于快速开发验证电池模组的机器人涂胶工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，包括工控机、用于对电池模组进行装配的涂胶工位和用于涂胶的机器人，机器人与工控机连接，工控机具备智能编程系统；涂胶工位包括工作台架、变位单元、定位单元和压力单元，变位单元、定位单元和压力单元均设置在工作台架上，变位单元、定位单元和压力单元均与工控机连接；

变位单元设置在工作台架的轴线上，变位单元包括设置在工作台架上方的电池模组托板以及设置在工作台架下方的驱动组件，电池模组托板一端铰接在工作台架上，电池模组托板底部与驱动组件相连，驱动组件驱动电池模组托板转动；在电池模组托板铰接端相对的工作台架上设置有压力单元，在电池模组托板铰接端两侧的工作台架上分别相对设置有定位单元。

所述定位单元包括电池模组托板两侧的在工作台架上相对设置的第一顶板和第二顶板，第一顶板与第一顶板驱动装置相连，第二顶板与第二顶板驱动装置相连，第一顶板和第二顶板运动方向相反，第一顶板驱动装置和第二顶板驱动装置均与工控机连接，第一顶板驱动装置和第二顶板驱动装置分别设置在电池模组两侧的工作台架上。

所述第一顶板驱动装置通过第一支架设置在工作台架上，第二顶板驱动装置通过第二支架设置在工作台架上，第一支架和第二支架分别对称设置在电池模组托板两侧，第一顶板设置在第一顶板驱动装置的输出端，第二顶板设置在第二驱动装置的输出端。

所述压力单元包括固定在工作台架上的第三支架，第三支架上设置有压力驱动装置，压力驱动装置的输出端设置有压力顶板，压力顶板上设置有压力传感器，压力驱动装置和压力传感器分别与工控机连接。

所述压力驱动装置为伺服电机，伺服电机的输出端设置有直线滑台，伺服电机驱动直线滑台做往复直线运动，直线滑台的端部设置有压力顶板，压力顶板的运动方向朝向变位单元。

所述电池模组托板包括第一板和第二板，第一板和第二板交接处的两侧分别与固定设置在工作台架上的第一轴承座铰接连接，第一板的背部设置有第二轴承座，驱动组件上设置有第三轴承座，第二轴承座和第三轴承座之间通过连杆连接，第二轴承座和第三轴承座与连杆均为铰接。

所述驱动组件为直线线性模组，第三轴承座设置在直线线性模组的滑台上，直线线性模组上还设置有用于检测滑台位置的传感器，直线线性模组和传感器均与工控机连接；直线线性模组的两端设置有连接座，直线线性模组通过两端的连接座悬挂在工作台架的下方。

所述机器人为多自由度工业机器人，机器人包括设置在机器人端部的涂胶枪，涂胶枪的附近设置有视觉检测单元，视觉检测单元与工控机连接。

所述机器人和/或涂胶工位均设置在基台上，基台的下方均匀的设置有若干支撑腿。

一种用于电池模组涂胶的智能快速编程平台的编程方法，包括以下步骤：

STP1：智能编程系统识别用户的作业任务需求，并结合涂胶工艺要求和路径约束生成机器人作业轨迹，经过处理生成机器人运动控制程序；

STP2：将STP1中生成的机器人运动控制程序输入到机器人控制器中，用于控制机器人的运动和涂胶轨迹；

STP3：工控机将变位单元调整至涂胶作业位置；

STP4：在变位单元上依次放置电芯，机器人依次在电芯上进行涂胶作业，视觉检测单元检测涂胶轨迹和涂胶质量，并将结果反馈给工控机；若符合要求，则在涂胶作业结束后进行STP5；若不符合要求，则智能编程系统重新生成机器人运动控制程序；

STP5：电芯涂胶作业结束后，工控机将变位单元调整至水平位置；

STP6：工控机控制定位单元夹紧电芯组；

STP7：工控机控制压力单元压紧电芯组，根据预设的压力值对电芯保压一定时间后，工控机撤回压力单元；

STP8：工控机撤回定位单元，电芯涂胶压紧完成，组成为电池模组；

STP9：对电池模组进行离线评定，并根据评定结果来调整涂胶工艺参数，直到符合用户的作业任务需求。

本发明的有益效果为：本发明提供的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台及其编程方法，主要应用于电池模组涂胶工艺上。

本发明提供的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台及其编程方法，应用在非生产环境中模拟工业环境，能够根据用户的作业任务要求，快速生成机器人作业轨迹，并将机器人作业轨迹编程输入到机器人控制器中，机器人控制器根据程序控制机器人的涂胶运动；结合涂胶工位，以及涂胶作业中视觉检测单元对轨迹进行检测反馈、保障涂胶轨迹的完整性，使电芯构成电池模组，电池模组构成之后，对其进行离线评定，由开发人员对评定结果进行分析并根据结果调整机器人运动轨迹，直到达到理想的涂胶效果。涂胶工位能够适应多种类型的电芯，在挤压电芯时能够产生多种不同的压力，根据最优评定，选取最优挤压压力。非生产环境中编程示教之后，即可拿到现场直接使用，程序编程示教均不需要占用企业生产时间，保障了企业的合理效益。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的涂胶工位结构示意图。

图3是本发明的变位单元结构示意图。

图4是本发明的驱动组件结构示意图。

图5是本发明的定位单元结构示意图。

图6是本发明的压力单元结构示意图。

图7是本发明的工作流程图。

图中，1是机器人，2是工控机，3是工作台架，4是变位单元，5是定位单元，6是压力单元，7是电池模组，8是基台，101是涂胶枪，102是视觉检测单元，401是第一侧，402是第二侧，403是第三侧，404是第四侧，405是电池模组托板，406是第一板，407是第二板，408是第一轴承座，409是第二轴承座，410是第三轴承座，411是连杆，412是驱动组件，413是滑台，414是传感器，415是连接座，501是第一支架，502是第一顶板驱动装置，503是第一顶板，504是第二顶板，505是第二顶板驱动装置，506是第二支架，601是第三支架，602是伺服电机，603是直线滑台，604是压力顶板，801是支撑腿。

具体实施方式

如图1～6所示，一种用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，主要用于非生产环境中开发验证电池模组的机器人涂胶工艺。包括工控机2、用于对电池模组进行装配的涂胶工位和用于涂胶的机器人1，机器人1和涂胶工位均设置在基台8上，基台8的下方均匀的设置有若干支撑腿801，机器人1与工控机2连接，工控机2具备智能编程系统，智能编程系统可根据客户任务需求，自动生成控制程序。

机器人1为多自由度工业机器人，本申请选用六自由度工业机器人，机器人1包括设置在机器人1端部的涂胶枪101，涂胶枪101的附近设置有视觉检测单元102，视觉检测单元102与工控机2连接；视觉检测单元102用于检测涂胶枪101在电芯表面涂胶时所产生的轨迹与涂胶质量，并将该轨迹信号反馈给工控机2，工控机2根据轨迹信号与程序中预设轨迹相比较，对程序以及作业轨迹进行优化。

涂胶工位包括工作台架3、变位单元4、定位单元5和压力单元6，变位单元4、定位单元5和压力单元6均设置在工作台架3上，变位单元4、定位单元5和压力单元6均与工控机2连接。

变位单元4用于放置电芯，可根据机器人1的运动轨迹和工控机2的控制要求，相应的改变位置；变位单元4设置在工作台架3的轴线上，变位单元4包括设置在工作台架3上方的电池模组托板405以及设置在工作台架3下方用于做往复直线运动的驱动组件412，电池模组托板405一端铰接在工作台架3上，电池模组托板405底部与驱动组件412相连，驱动组件412驱动电池模组托板405转动；在电池模组托板405铰接端相对的工作台架3上设置有压力单元6，在电池模组托板405铰接端两侧的工作台架3上分别相对设置有定位单元5。

电池模组托板405包括第一板406和第二板407，第一板406和第二板407组成L型的电池模组托板405，第一板406和第二板407交接处的两侧分别与固定设置在工作台架3上的第一轴承座408铰接连接，第一板406的背部设置有第二轴承座409，驱动组件412上设置有第三轴承座410，第二轴承座409和第三轴承座410之间通过连杆411连接，第二轴承座409和第三轴承座410与连杆411均为铰接。

驱动组件412为直线线性模组，驱动组件选用的型号为LHB14同步带线性模组或其他同样功能的线性模组。第三轴承座410设置在直线线性模组的滑台413上，直线线性模组上还设置有用于检测滑台413位置的传感器414，直线线性模组和传感器414均与工控机2连接；直线线性模组的两端设置有连接座415，直线线性模组通过两端的连接座415悬挂在工作台架3的下方。传感器414用于检测滑台413是否滑动到位，防止其滑动过位，造成不必要的损坏。

定位单元5用于对组合完成的电池模组7进行夹紧定位，防止挤压固定成型时单个电芯发生偏移；定位单元5包括固定设置在工作台架3上的两个第一支架501和两个第二支架506，第一支架501和第二支架506分别对称设置在电池模组托板405两侧。第一支架501之间设置有第一驱动装置502，第二支架506之间设置有第二驱动装置505，第一驱动装置502和第二驱动装置505均采用气缸驱动，气缸的输出端分别设置有第一顶板503和第二顶板504，第一顶板503和第二顶板504的运动方向相反，均朝向变位单元4。

压力单元6用于挤压涂胶之后的电池模组7，使其压紧粘连；压力单元6包括固定设置在工作台架3上的第三支架601，第三支架601上设置有伺服电机602，伺服电机602的输出端设置有直线滑台603，伺服电机602驱动直线滑台603做往复直线运动，直线滑台603的端部设置有压力顶板604，压力顶板604的运动方向朝向变位单元4，压力顶板604上设置有压力传感器，压力传感器用于检测压力单元6对电池模组7施加的压力值，压力传感器的端面与压力顶板604的表面处于同一平面上。

如图7所示，基于上述用于电池模组涂胶的智能快速编程平台的编程方法，包括以下步骤：

STP1：智能编程系统识别用户的作业任务需求，并结合涂胶工艺要求和路径约束生成机器人作业轨迹，经过处理生成机器人运动控制程序；

STP2：将STP1中生成的机器人运动控制程序输入到机器人控制器中，用于控制机器人的运动和涂胶轨迹；

STP3：工控机将变位单元调整至涂胶作业位置；

STP4：在变位单元上依次放置电芯，机器人依次在电芯上进行涂胶作业，视觉检测单元检测涂胶轨迹和涂胶质量，并将结果反馈给工控机；若符合要求，则在涂胶作业结束后进行STP5；若不符合要求，则智能编程系统重新生成机器人运动控制程序；

STP5：电芯涂胶作业结束后，工控机将变位单元调整至水平位置；

STP6：工控机控制定位单元夹紧电芯组；

STP7：工控机控制压力单元压紧电芯组，根据预设的压力值对电芯保压一定时间后，工控机撤回压力单元；

STP8：工控机撤回定位单元，电芯涂胶压紧完成，组成为电池模组；

STP9：对电池模组进行离线评定，并根据评定结果来调整涂胶工艺参数，直到符合用户的作业任务需求。

本发明的工作方式为：首先由智能编程系统识别用户的作业任务需求，并结合涂胶工艺要求和路径约束生成机器人作业轨迹，经过处理生成机器人运动控制程序，即生成机器人涂胶轨迹与喷胶量。将生成好的控制程序输入到机器人控制器以控制机器人1的运动和涂胶轨迹。

变位单元4调整到涂胶作业位置，变位单元4的动作过程为：通过驱动组件412驱动滑台413，滑台413带动连杆411、以及轴承座之间的铰接结构，实现电池模组托板405以第一轴承座408轴线为圆轴做弧形运动，变位单元4发生变位；在电池模组托板405上依次放置电芯，机器人1依次在电芯上进行涂胶作业，同时视觉检测单元102进行涂胶轨迹与涂胶质量的实时检测，并将检测结果反馈给工控机2，用于优化作业轨迹。涂胶作业结束后即电池模组7构成之后，变位单元4调整到水平位置，工控机2控制变位单元4两侧的定位单元5同时伸出第一顶板503和第二顶板504，第一驱动装置502和第二驱动装置505在工控机2的控制作用下，精准伸出一端距离，使第一顶板502和第二顶板504同时夹住变位单元4上的电池模组7，对电池模组7进行定位；之后由压力单元6对电池模组7施加压力，工控机2控制伺服电机602，伺服电机602驱动直线滑台603向前动作，压力顶板604在直线滑台603的作用下向前伸出并与电池模组7产生压力，压力传感器时刻检测压力信号值，并将压力信号值反馈给工控机2，直到压力值符合预设值，保持该压力继续对电池模组7施加压力，保压一定时间后结束，缩回压力顶板604，之后缩回第一顶板503和第二顶板504，涂胶流程完成。

涂胶作业完成之后，可以对涂胶之后的电池模组7进行离线评定，根据评定结果来调整涂胶工艺参数，直到符合用户的作业任务需求，即可拿到工业生产环境中进行作业使用。

以上所述，仅是本发明的优选实施方式，并不是对本发明技术方案的限定，应当指出，本领域的技术人员，在本发明技术方案的前提下，还可以作出进一步的改进和改变，这些改进和改变都应该涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，其特征在于：包括工控机（2）、用于对电池模组进行装配的涂胶工位和用于涂胶的机器人（1），机器人（1）与工控机（2）连接，工控机（2）具备智能编程系统；涂胶工位包括工作台架（3）、变位单元（4）、定位单元（5）和压力单元（6），变位单元（4）、定位单元（5）和压力单元（6）均设置在工作台架（3）上，变位单元（4）、定位单元（5）和压力单元（6）均与工控机（2）连接；变位单元（4）设置在工作台架（3）的轴线上，变位单元（4）包括设置在工作台架（3）上方的电池模组托板（405）以及设置在工作台架（3）下方的驱动组件（412），电池模组托板（405）一端铰接在工作台架（3）上，电池模组托板（405）底部与驱动组件（412）相连，驱动组件（412）驱动电池模组托板（405）转动；在电池模组托板（405）铰接端相对的工作台架（3）上设置有压力单元（6），在电池模组托板（405）铰接端两侧的工作台架（3）上分别相对设置有定位单元（5）；所述电池模组托板（405）包括第一板（406）和第二板（407），第一板（406）和第二板（407）交接处的两侧分别与固定设置在工作台架（3）上的第一轴承座（408）铰接连接，第一板（406）的背部设置有第二轴承座（409），驱动组件（412）上设置有第三轴承座（410），第二轴承座（409）和第三轴承座（410）之间通过连杆（411）连接，第二轴承座（409）和第三轴承座（410）与连杆（411）均为铰接；所述定位单元（5）包括电池模组托板（405）两侧的在工作台架（3）上相对设置的第一顶板（503）和第二顶板（504），第一顶板（503）与第一顶板驱动装置（502）相连，第二顶板（504）与第二顶板驱动装置（505）相连，第一顶板（503）和第二顶板（504）运动方向相反，第一顶板驱动装置（502）和第二顶板驱动装置（505）均与工控机连接，第一顶板驱动装置（502）和第二顶板驱动装置（505）分别设置在电池模组两侧的工作台架（3）上；所述第一顶板驱动装置（502）通过第一支架（501）设置在工作台架（3）上，第二顶板驱动装置（505）通过第二支架（506）设置在工作台架（3）上，第一支架（501）和第二支架（506）分别对称设置在电池模组托板（405）两侧，第一顶板（503）设置在第一顶板驱动装置（502）的输出端，第二顶板（504）设置在第二顶板驱动装置（505）的输出端。

2.根据权利要求1所述的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，其特征在于：所述压力单元（6）包括固定在工作台架上的第三支架（601），第三支架（601）上设置有压力驱动装置（602），压力驱动装置（602）的输出端设置有压力顶板（604），压力顶板（604）上设置有压力传感器，压力驱动装置（602）和压力传感器分别与工控机（2）连接。

3.根据权利要求2所述的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，其特征在于：所述压力驱动装置（602）为伺服电机，伺服电机的输出端设置有直线滑台（603），伺服电机驱动直线滑台（603）做往复直线运动，直线滑台（603）的端部设置有压力顶板（604），压力顶板（604）的运动方向朝向变位单元（4）。

4.根据权利要求1所述的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，其特征在于：所述驱动组件（412）为直线线性模组，第三轴承座（410）设置在直线线性模组的滑台（413）上，直线线性模组上还设置有用于检测滑台（413）位置的传感器（414），直线线性模组和传感器（414）均与工控机（2）连接；直线线性模组的两端设置有连接座（415），直线线性模组通过两端的连接座（415）悬挂在工作台架（3）的下方。

5.根据权利要求1所述的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，其特征在于：所述机器人（1）为多自由度工业机器人，机器人（1）包括设置在机器人（1）端部的涂胶枪（101），涂胶枪（101）的附近设置有视觉检测单元（102），视觉检测单元（102）与工控机（2）连接。

6.根据权利要求1所述的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台，其特征在于：所述机器人（1）和/或涂胶工位均设置在基台（8）上，基台（8）的下方均匀的设置有若干支撑腿（801）。

7.一种使用权利要求6所述的用于电池模组涂胶的智能快速编程平台的编程方法，其特征在于：包括以下步骤：

STP1：智能编程系统识别用户的作业任务需求，并结合涂胶工艺要求和路径约束生成机器人作业轨迹，经过处理生成机器人运动控制程序；

STP2：将STP1中生成的机器人运动控制程序输入到机器人控制器中，用于控制机器人的运动和涂胶轨迹；

STP3：工控机将变位单元调整至涂胶作业位置；

STP4：在变位单元上依次放置电芯，机器人依次在电芯上进行涂胶作业，视觉检测单元检测涂胶轨迹和涂胶质量，并将结果反馈给工控机；若符合要求，则在涂胶作业结束后进行STP5；若不符合要求，则智能编程系统重新生成机器人运动控制程序；

STP5：电芯涂胶作业结束后，工控机将变位单元调整至水平位置；

STP6：工控机控制定位单元夹紧电芯组；

STP7：工控机控制压力单元压紧电芯组，根据预设的压力值对电芯保压一定时间后，工控机撤回压力单元；

STP8：工控机撤回定位单元，电芯涂胶压紧完成，组成为电池模组；

STP9：对电池模组进行离线评定，并根据评定结果来调整涂胶工艺参数，直到符合用户的作业任务需求。