電池母線排自適應裝配技術(shù)

在當下傳統(tǒng)的汽車制造行業(yè)中，人工裝配作業(yè)一直是主流，雖然部分車企通過技術(shù)突破，實現(xiàn)了大部分的自動化裝配。但是能實現(xiàn)自動化的工藝，一直以來都是動作相對簡單、部品現(xiàn)狀規(guī)則、部品以及載具精度高的工程。必須要依賴人手進行裝配的作業(yè)，仍然無法實現(xiàn)自動化，例如線束端子的插拔作業(yè)、堵塞的安裝作業(yè)、卡扣的嵌入安裝等。這些操作都有一個共同的特征，就是自身姿態(tài)不穩(wěn)定，需要高度依賴作業(yè)者眼睛以及手去適應部品的變化、偏差，才能完成裝配（柔性部品）。本文在豐田生產(chǎn)方式（TPS）的精益生產(chǎn)理念下創(chuàng)新性地提出了一種高柔性的智能自適應裝配方案，通過視覺引導技術(shù)、自適應搜孔算法、高柔新抓手及六維力覺傳感實時監(jiān)控技術(shù)集成到協(xié)作機器人上，實現(xiàn)能像人工一樣，去適應部品的變化、偏差，完成智能化裝配。廣汽豐田憑借電池裝配工藝、母線排裝配為試點，成功實現(xiàn)母線排的自適應自動安裝。

現(xiàn)狀母線排裝配狀態(tài)

1）電池包內(nèi)部母線排是用于連接包內(nèi)各個模組的行程回路，也稱為巴片。不同款的母線排式樣不一樣，廣汽豐田所生產(chǎn)的一款電池，母線排由樹脂絕緣殼體以及絕緣膠布包裹著銅牌組成（見圖1）。

2）母線排裝配如圖2所示，動作順序是先打開模組電極蓋，抓取母線排，然后搭載在模組上，再使用擰緊槍進行擰緊、擰緊后再關(guān)閉蓋子。

3）由于母線排本身姿態(tài)具備不規(guī)則的姿態(tài)，在移動過程中姿態(tài)可能會發(fā)生實時的變化，因此傳統(tǒng)制造行業(yè)的思路內(nèi)，只能通過依賴人工去適應部品姿態(tài)的偏差，去實現(xiàn)裝配（見圖3）。

圖1母線排組成結(jié)構(gòu)

圖2母線排裝配裝配順序

圖3姿態(tài)不一致示意

4）母線排安裝為人工裝配，在裝配過程中，存在高壓觸電的安全風險。并且長期的重復動作，存在手、腰等職業(yè)病等風險。

設備式樣

為解決現(xiàn)狀裝配的痛點，擬用自動化設備解決。因難以實現(xiàn)傳統(tǒng)的自動化安裝（因為部品精度等課題），采用自適應搜孔的方案去實現(xiàn)裝配。設備結(jié)構(gòu)如圖4所示，由協(xié)作機器人、視覺相機、柔性抓手、自動擰緊槍及螺母振動盤控制盤等組成，2臺機器人攜帶擰緊槍，2臺攜帶柔性抓手。首先柔性抓手自動打開模組端蓋，機器人自動抓取母線排后，再進行搭載。如未能一次性搭載時（由于部品精度差，機器人硬軌跡不能滿足成功搭載），利用搜孔技術(shù)，自動搜索到孔后，方能對孔裝配安裝，然后進行自動擰緊，機器人柔性抓手再把端蓋自動關(guān)閉，最后視覺進行檢查。

a）機器人攜帶擰緊槍 ^;+ 柔性抓手

b）機器人自動吸釘

c）母線排輸送線 圖4自動化設備結(jié)構(gòu)

設備創(chuàng)新點

1.高柔性自適應搜孔算法技術(shù)

汽車行業(yè)首次深度開發(fā)應用自適應搜孔的技術(shù)。在力覺傳感器的數(shù)據(jù)反饋加持下，廣汽豐田首次開發(fā)自適應搜孔算法，并植入到協(xié)作機器人上，機器人能夠自主地探索孔銷的實際位置。例：在母線排裝配過程中，需要將母線排（帶孔）安裝到電池模組螺柱上，可以模擬人手一樣進行銷位置的尋孔并定位插孔。

高柔性自適應搜孔算法技術(shù)具備有以下亮點：

1）可克服部品姿態(tài)不穩(wěn)定的裝配作業(yè)難點，解決品質(zhì)、效率需要高度依賴作業(yè)者去完成的工程。2）克服部品設計的配合精度差、部品本身精度差的工程，自適應搜孔技術(shù)能代替視覺引導無法解決精度差課題，實現(xiàn)無差別的精準定位裝配。3）可自定義設定自適應的搜孔范圍以及搜孔策略，根據(jù)部品的偏差范圍界定搜孔區(qū)域以及特定搜孔策略，提高作業(yè)效率。

2.高智能化力度監(jiān)控技術(shù)

深度開發(fā)并應用六維力覺傳感器的數(shù)據(jù)反饋技術(shù)，機器人末端植入力覺傳感器，在搜孔過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)像人手觸覺一樣感知力度進行搜孔，能夠?qū)崟r反饋力覺數(shù)據(jù)，監(jiān)控力度的大小，防止搜孔時力度過大導致刮花、損壞工件。廣汽豐田在母線排搜孔過程中，巡孔力度可個性化設定，防止力度單一導致部品出現(xiàn)刮花、磨損等品質(zhì)問題。

高智能化力度監(jiān)控技術(shù)特點如下：

1）適應性強。該力度監(jiān)控技術(shù)可根據(jù)不同的工件工況，設定不同的搜孔力度范圍，實時監(jiān)控力度的變化，保證裝配高品質(zhì)性。

2）數(shù)據(jù)可源。由于能夠?qū)崿F(xiàn)六維力覺數(shù)據(jù)的實時傳送，能夠隨時在PC端進行查看，便于工件異常情

況下的力度異常數(shù)據(jù)追溯。

3.高精度的品質(zhì)視覺檢查技術(shù)

自主開發(fā)了視覺檢查技術(shù)，用于檢查母線排安裝后，端蓋（軟塑料）是否關(guān)閉。其作用如下：

1）自工序完結(jié)性。為確保上述高智能化力度監(jiān)控技術(shù)的品質(zhì)不產(chǎn)生流出，視覺檢查技術(shù)作為最后的質(zhì)量墻，確保工件品質(zhì)不會實際產(chǎn)生異常。

2）檢查多樣性/專對性強。多樣性體現(xiàn)在能適用于端子的插針是否變形、端蓋關(guān)閉是否到位等不同品質(zhì)要求的工況。專對性體現(xiàn)在傳統(tǒng)的普通視覺僅能做到端蓋有無關(guān)閉，無法判別是否到位，該技術(shù)能深度以距離形式測量高度差（落實到 0.01mm ），從而判定端蓋有無關(guān)閉到位。

3）數(shù)據(jù)可溯源。所拍攝的照片，判定基準的數(shù)據(jù)，均能保存到本地PC端，并且可聯(lián)合品質(zhì)追溯系統(tǒng)，便于日后數(shù)據(jù)的查詢。

4.高柔性抓手

自主聯(lián)合多部署構(gòu)思并開發(fā)了以氣動柔質(zhì)氣墊為基準，模仿章魚觸手的高柔性抓手（見圖5），能夠輕柔抓取部品。

高柔性抓手技術(shù)特點體現(xiàn)在以下方面：

1）通用化。柔性抓手不受工件部品現(xiàn)狀的限制，可任意抓取任何位置，均能滿足穩(wěn)固不掉落的需求。2）安全性。該柔性觸手采用了氣墊充/排氣的模式，摒棄傳統(tǒng)氣缸動作的式樣。柔性觸手抓取時，不會存在夾手的安全風險。3）空間簡約化。該柔性觸手單個尺寸為15mm×30mm×10mm. 。占用空間小，適用于各種惡劣的環(huán)境。

圖5柔性抓手

改善效益

1）安全性。使用設備代替人工進行裝配專業(yè)，相當于徹底消除了裝配過程中出現(xiàn)的高壓觸電的安全風險。2）品質(zhì)性。通過設備保證，品質(zhì)的穩(wěn)定性更強。避免出現(xiàn)人工因為疲勞導致漏裝、錯裝等品質(zhì)風險。3）友好性。使用柔性設備自動裝配，消除了該工程職業(yè)病的發(fā)生風險。4）成本效益。至少每年可減少2人的勞務成本、勞保用品的成本。

結(jié)語

該應用案例，在汽車制造行業(yè)，有很大的借鑒性。畢竟在總裝制造領(lǐng)域，目前在國內(nèi)、甚至全球，很多柔性的部品基本都是通過人手進行安裝。因此，該式樣如能很好的應用借鑒，其帶來的效益，對工廠有很大的幫助。