CN115676008A - 一种ctp模组入箱抓手装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种CTP模组入箱抓手装置及方法，包括机械手抓手以及模组放置台，所述机械手抓手包括机械手、基板、前后夹持机构、吸盘机构,所述前后夹持机构包括固定在基板上方的一对伺服气缸，各个伺服气缸的伸缩端固定连接有一大面压爪，两个大面压爪位于基板前侧及后侧,所述吸盘机构包括固定在基板下方的下压气缸以及固定在下压气缸伸缩端下方的吸盘,本发明设计的一种CTP模组入箱抓手装置及方法可实现精准定位夹取、高效率、高精度的挤压夹紧，并有传感器进行反馈。在抓手移动过程中保护模组不会有掉落的风险，在入箱时可实现精确入箱，简化了模组入箱的工艺，降低了人工成本，提高了模组入箱的准确性和安全性。

Description

一种CTP模组入箱抓手装置及方法

技术领域

本发明属于电池装配用设备技术领域，具体涉及一种CTP模组入箱抓手装置及方法。

背景技术

一般电动汽车上搭载的电池包，由电芯(Cel l)组装成为模组(Module)，再把模组安装电池包(Pack)里，形成了“电芯-模组-电池包”的三级装配模式。而CTP，即Cel l toPACK，是电芯直接集成为电池包，从而省去了中间模组环节。目前CTP有两种技术路线，一是采用完全无模组方式，二是以大模组替代小模组的方式。而现有的技术中的CTP模组入箱方法中采用的是半自动入箱，需要人工协助完成入箱操作，半自动入箱存在速度慢、安全性差、入箱精度低、且没有相应的防坠保护和未进行完全的绝缘保护，存在较大的安全隐患；当前CTP模组入箱的工艺已经不能满足日益变化的CTP模组入箱装配工艺。

发明内容

为了解决现有的半自动入箱存在速度慢、安全性差、入箱精度低、且没有相应的防坠保护和未进行完全的绝缘保护，存在较大的安全隐患，现提出一种解决方案。

本发明的技术方案如下：

一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，包括机械手抓手以及模组放置台，所述机械手抓手包括机械手、基板、前后夹持机构、吸盘机构；

所述前后夹持机构包括固定在基板上方的一个伺服电缸，伺服气缸的伸缩端固定连接有一大面压爪，两个大面压爪位于基板前侧及后侧；

所述吸盘机构包括固定在基板下方的下压气缸以及固定在下压气缸伸缩端下方的吸盘。

优选的，所述基板左右两侧对称固定有底托机构，所述底托机构包括固定在基板侧面的夹紧气缸、铰接在夹紧气缸输出端的曲柄，固定于曲柄的旋转轴，旋转轴两端与基板铰接连接，固定安装在旋转轴末端的U型托架。

优选的，所述U型托架包括一对L型支架以及固定安装在一对L型支架之间的底托。

优选的，所述吸盘机构左右两侧分别设置有左右夹持机构，所述左右夹持机构包括固定安装在基板下方的侧压气缸以及固定安装在侧压气缸伸缩端固定有位于吸盘机构侧部的小面压爪。

优选的，所述基板右侧固定有横向布置的位移传感器A,所述基板右侧固定有横向布置的位移传感器B，所述基板底部前侧固定有横向布置的位移传感器C，所述基板底部后侧固定有横向布置的位移传感器D，位移传感器检测大面压爪以及小面压爪的挤压位移量，并将位移传感器输出的电信号反馈至PLC,再由PLC反馈电信号至机械手。

优选的，所述基板前侧安装有激光测距仪。

优选的，所述激光测距仪旁侧固定安装在基座后侧的视觉相机。

优选的，所述吸盘的左右两侧固定有下压限位优力胶。

优选的，所述吸盘包括第一吸盘以及第二吸盘，所述第一吸盘与第二吸盘之间固定安装有连接板，第一吸盘以及第二吸盘经管路与负压装置连通。

一种CTP模组入箱抓手装置及方法，利用如上所述的一种CTP模组入箱抓手装置，具体步骤如下：

1)机械手抓手向模组放置台方向移动，视觉相机定位模组的位置，机械手向下移动，移动的过程中夹紧气缸通过旋转轴控制底托打开；

2)激光测距仪检测高度是否满足抓取要求；伺服电缸控制大面压爪夹紧并定位，再挤压电芯模组使电芯模组内气凝胶受压缩至工艺要求尺寸；

3)通过磁滞位移传感器来检测挤压的位移量，并通过压力传感器反馈挤压压力；

4)下压气缸控制海绵吸盘向下运动来吸附电芯模组，机械手抓手向上升起，侧压气缸控制小面压爪夹紧；

5)电芯模组升起后，夹紧气缸带动两边底托关闭，底托托住电芯模组底部，防止机器人在抓取过程中电芯模组掉落；

6)机械手抓手将抓取至箱体小车上方时，夹紧气缸复位带动旋转轴控制底托打开；

7)机械手抓手继续向下移动，激光测距仪进行测距,视觉相机拍照确认入箱位置以及确认箱体长度和宽度是否满足入箱要求尺寸；

8)激光测距仪检测到机械手抓手上的端绝缘板底面与下箱体结构梁最高面等高左右时，进行第一段入箱，机械手抓手向下动作，下压气缸会向下动作，进行第二段入箱，将模组推入箱体中；

9)海绵吸盘松开，伺服电缸控制大面压爪松开，侧压气缸控制小面压爪松开；

10)机械手抓手向上动作，完成入箱操作。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

该一种CTP模组入箱抓手装置及方法的发明可实现精准定位夹取、高效率、高精度的挤压夹紧，并有传感器进行反馈。在抓手移动过程中保护模组不会有掉落的风险，在入箱时可实现精确入箱，简化了模组入箱的工艺，降低了人工成本，提高了模组入箱的准确性和安全性。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为机械手抓手立体图；

图3为机械手抓手45°结构示意图；

图4为机械手抓手底面部分结构示意图；

图5为底托机构结构示意图；

图中：1-箱体小车，2-机械手抓手，3-模组放置台，31-基板，321-伺服气缸，322-大面压爪，331-下压气缸，332-吸盘，3321-第一吸盘，3322-第二吸盘，3323-连接板，311-底托机构，3111-夹紧气缸，3112-曲柄，3113-旋转轴，3114-U型托架，3115-L型支架，3116-底托，34-左右夹持机构，341-侧压气缸，342-小面压爪，4-位移传感器A，5-位移传感器B,6-位移传感器C,7-位移传感器D,8-激光测距仪,9-视觉相机,10-下压限位优力胶,11-压力传感器，12-机械手。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

参见图1-5，一种CTP模组入箱抓手装置，包括机械手抓手2以及模组放置台3，所述机械手抓手2包括机械手12、基板31、前后夹持机构、吸盘机构，所述前后夹持机构包括固定在基板31上方的一对伺服气缸321，各个伺服气缸321的伸缩端固定连接有一大面压爪322，两个大面压爪322位于基板31前侧及后侧，所述吸盘机构包括固定在基板31下方的下压气缸331以及固定在下压气缸331伸缩端下方的吸盘332。

本发明的一个实施例中，所述基板31左右两侧对称设置有底托机构311，所述底托机构311包括固定在基板31侧面的夹紧气缸3111、铰接在夹紧气缸3111输出端的曲柄3112，固定于曲柄3112的旋转轴3113，所述旋转轴3113两端与基板31铰接连接，旋转轴3113末端固定安装有U型托架3114，所述U型托架3114包括一对L型支架3115以及固定安装在一对L型支架3115之间的底托3116。

本发明的一个实施例中，所述吸盘332机构左右两侧分别设置有左右夹持机构，所述左右夹持机构包括固定安装在基板31下方的侧压气缸341以及固定安装在侧压气缸341伸缩端固定有位于吸盘332机构侧部的小面压爪342。

工作时，机械手抓取模组来完成入箱操作，首先由机械手抓手2向模组放置台3方向移动，确认位置后机械手抓手2向下移动，移动的过程中夹紧气缸3111收紧通过旋转轴3113控制底托3116向外侧打开，机械手抓手2继续向下移动，当高度满足夹取要求后通过伺服气缸321控制大面压爪322夹紧并定位。

下压气缸331驱动吸盘332下移，利用吸盘连接的负压吸附模组上表面，吸附后机械手抓手2向上升起，升起过程中两个侧压气缸341分别控制对应的小面压爪342夹紧电芯模组两侧，当升起一定高度后夹紧气缸3111动作控制旋转轴3113转动带动电芯两侧的底托3116向内侧转动，托住模组底部，防止在抓取过程中模组掉落。

入箱时，机械手抓手2将抓取至箱体小车1上方一定高度时，底托3116打开，此时主要靠大面压爪322、侧压气缸341夹紧和吸盘332吸附来保证电芯模组不脱落；此时机械手抓手2继续向下移动，机械手抓手2缓慢向下动作，之后下压气缸331会缓慢向下动作，将模组推入箱体小车1中，将模组放入箱体小车1后控制吸盘332负压解除，下压气缸331带动吸盘332抬升松开电芯模组，伺服气缸控制大面压爪322松开，一对侧压气缸341控制一对小面压爪342松开，机械手抓手2带动基板31整体向上动作，完成入箱操作。

本实施例中，所述的机械手为常规结构，驱动方式可以电动、气动或液压式，机械手具有3个自由度，能够满足带动基板整体的转移和上下移动。

本发明的又一个实施例中，所述基板31右侧固定有横向布置的位移传感器A4,所述基板31右侧固定有横向布置的位移传感器B5，所述基板31底部前侧固定有横向布置的位移传感器C6，所述基板31底部后侧固定有横向布置的位移传感器D7。

工作时，所述基板31右侧固定有横向布置的位移传感器A4所述基板31右侧固定有横向布置的位移传感器B5，所述基板31底部前侧固定有横向布置的位移传感器C6，所述基板31底部后侧固定有横向布置的位移传感器D7，通过位移传感器A4、位移传感器B5、位移传感器C6、位移传感器D7检测挤压的位移量。

本发明的又一个实施例中，所述基板31前侧安装有激光测距仪8，所述激光测距仪8旁侧安装有视觉相机9，所述左右夹持机构前侧设有用于反馈压力的压力传感器11。

工作时，激光测距仪8进行测距，视觉相机9拍照确认入箱位置以及确认箱体长度和宽度是否满足入箱要求尺寸，PLC可以反馈信号至机械手。

本发明的又一个实施例中，所述吸盘332的左右两侧固定有下压限位优力胶10，下压限位优力胶10具有橡胶的弹性，可以有效防止机械手抓手2与模组之间产生碰撞或其他不良后果，适合长期使用。

生产过程中箱体长度尺寸都是440mm，具体步骤及实施例如下：

1)机械手抓手向模组放置台方向移动，视觉相机定位模组的位置，机械手向下移动，移动的过程中夹紧气缸通过旋转轴控制底托打开；2)激光测距仪检测高度是否满足抓取要求；伺服电缸控制大面压爪夹紧并定位，再挤压电芯模组使电芯模组内气凝胶受压缩至工艺要求尺寸；

3)通过磁滞位移传感器来检测挤压的位移量，并通过压力传感器反馈挤压压力；

4)下压气缸控制海绵吸盘向下运动来吸附电芯模组，机械手抓手向上升起，侧压气缸控制小面压爪夹紧；

5)电芯模组升起后，夹紧气缸带动两边底托关闭，底托托住电芯模组底部，防止机器人在抓取过程中电芯模组掉落；

6)机械手抓手将抓取至箱体小车上方时，夹紧气缸复位带动旋转轴控制底托打开；

7)机械手抓手继续向下移动，激光测距仪进行测距,视觉相机拍照确认入箱位置以及确认箱体长度和宽度是否满足入箱要求尺寸；

8)激光测距仪检测到机械手抓手上的端绝缘板底面与下箱体结构梁最高面等高左右时，进行第一段入箱，机械手抓手向下动作，机械手抓手向下移动50mm，接着进行第二段入箱，下压气缸会向下动作，下压气缸并没有将侧压气缸控制的小面压爪推入箱体，而是将将海绵吸盘以及电芯模组推入箱体中；

9)海绵吸盘松开，伺服电缸控制大面压爪松开，侧压气缸控制小面压爪松开，机械手抓手向上动作，完成入箱操作。

这里将不同区间尺寸的产品进行分类举例，进行说明。

(1)原产品尺寸区间为400mm-445mm，此时电芯之间贴合的气凝胶隔板厚度为4.7mm，机械手抓手提供400KG的挤压力，将产品挤压到电芯模组入箱尺寸435mm，并保压10mi n，然后将产品放入PACK箱体中；

(2)原产品尺寸区间为446mm-500mm，此时电芯之间贴合的气凝胶隔板厚度为4.9mm，机械手抓手提供750KG的挤压力，将产品挤压到电芯模组入箱尺寸438mm，并保压10mi n，然后将产品放入PACK箱体中；

(3)原产品尺寸区间为501mm-600mm，此时电芯之间贴合的气凝胶隔板厚度为5.1mm，机械手抓手提供1000KG的挤压力，将产品挤压到电芯模组入箱尺寸490mm，并保压10mi n，然后将产品放入箱体中。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，包括机械手抓手以及模组放置台，所述机械手抓手包括机械手、基板、前后夹持机构、吸盘机构；

所述前后夹持机构包括固定在基板上方的一个伺服电缸，伺服电缸的伸缩端固定连接有一大面压爪，两个大面压爪位于基板前侧及后侧；

所述吸盘机构包括固定在基板下方的下压气缸以及固定在下压气缸伸缩端下方的吸盘。

2.根据权利要求1所述的一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，所述基板左右两侧对称设置有底托机构，所述底托机构包括固定在基板侧面的夹紧气缸、铰接在夹紧气缸输出端的曲柄，固定于曲柄的旋转轴，旋转轴两端与基板铰接连接，旋转轴末端固定安装有U型托架。

3.根据权利要求2所述的一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，所述U型托架包括一对L型支架以及固定安装在一对L型支架之间的底托。

4.根据权利要求3所述的一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，所述吸盘机构左右两侧分别设置有左右夹持机构，所述左右夹持机构包括固定安装在基板下方的侧压气缸以及固定安装在侧压气缸伸缩端固定有位于吸盘机构侧部的小面压爪。

5.根据权利要求4所述的一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，所述基板右侧固定有横向布置的位移传感器A,所述基板右侧固定有横向布置的位移传感器B，所述基板底部前侧固定有横向布置的位移传感器C，所述基板底部后侧固定有横向布置的位移传感器D。

6.根据权利要求5所述的一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，所述基板前侧安装有激光测距仪，所述激光测距仪旁侧固定安装在基座后侧的视觉相机。

7.根据权利要求1所述的一种CTP模组入箱抓手装置，所述吸盘的左右两侧固定有下压限位优力胶。

8.根据权利要求1所述的一种CTP模组入箱抓手装置，其特征在于，所述吸盘包括第一吸盘以及第二吸盘，所述第一吸盘与第二吸盘之间固定安装有连接板，第一吸盘以及第二吸盘经管路与负压装置连通。

9.一种CTP模组入箱方法，其特征在于，利用如权利要求6所述的一种CTP模组入箱抓手装置，电芯模组包括多个电芯，电芯之间设置有气凝胶隔板，具体步骤如下：

1)机械手抓手向模组放置台方向移动，视觉相机定位模组的位置，机械手向下移动，移动的过程中夹紧气缸通过旋转轴控制底托打开；

2)激光测距仪检测高度是否满足抓取要求；伺服电缸控制大面压爪夹紧并定位，再挤压电芯模组使电芯模组内气凝胶受压缩至工艺要求尺寸；

3)通过磁滞位移传感器来检测挤压的位移量，并通过压力传感器反馈挤压压力；

4)下压气缸控制海绵吸盘向下运动来吸附电芯模组，机械手抓手向上升起，侧压气缸控制小面压爪夹紧；

5)电芯模组升起后，夹紧气缸带动两边底托关闭，底托托住电芯模组底部，防止机器人在抓取过程中电芯模组掉落；

6)机械手抓手将抓取至箱体小车上方时，夹紧气缸复位带动旋转轴控制底托打开；

7)机械手抓手继续向下移动，激光测距仪进行测距,视觉相机拍照确认入箱位置以及确认箱体长度和宽度是否满足入箱要求尺寸；

8)激光测距仪检测到机械手抓手上的端绝缘板底面与下箱体结构梁最高面等高左右时，进行第一段入箱，机械手抓手向下动作，下压气缸会向下动作，进行第二段入箱，将模组推入箱体中；

9)海绵吸盘松开，伺服电缸控制大面压爪松开，侧压气缸控制小面压爪松开；

10)机械手抓手向上动作，完成入箱操作。

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