電池母線排自適應裝配技術

在當下傳統的汽車制造行業中，人工裝配作業一直是主流，雖然部分車企通過技術突破，實現了大部分的自動化裝配。但是能實現自動化的工藝，一直以來都是動作相對簡單、部品現狀規則、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，仍然無法實現自動化，例如線束端子的插拔作業、堵塞的安裝作業、卡扣的嵌入安裝等。這些操作都有一個共同的特征，就是自身姿態不穩定，需要高度依賴作業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）。本文在豐田生產方式（TPS）的精益生產理念下創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、自適應搜孔算法、高柔新抓手及六維力覺傳感實時監控技術集成到協作機器人上，實現能像人工一樣，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，成功實現母線排的自適應自動安裝。

現狀母線排裝配狀態

1）電池包內部母線排是用于連接包內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、擰緊后再關閉蓋子。

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

圖1母線排組成結構

圖2母線排裝配裝配順序

圖3姿態不一致示意

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、腰等職業病等風險。

設備式樣

為解決現狀裝配的痛點，擬用自動化設備解決。因難以實現傳統的自動化安裝（因為部品精度等課題），采用自適應搜孔的方案去實現裝配。設備結構如圖4所示，由協作機器人、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，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自動化設備結構

設備創新點

1.高柔性自適應搜孔算法技術

汽車行業首次深度開發應用自適應搜孔的技術。在力覺傳感器的數據反饋加持下，廣汽豐田首次開發自適應搜孔算法，并植入到協作機器人上，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具備有以下亮點：

1）可克服部品姿態不穩定的裝配作業難點，解決品質、效率需要高度依賴作業者去完成的工程。2）克服部品設計的配合精度差、部品本身精度差的工程，自適應搜孔技術能代替視覺引導無法解決精度差課題，實現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，根據部品的偏差范圍界定搜孔區域以及特定搜孔策略，提高作業效率。

2.高智能化力度監控技術

深度開發并應用六維力覺傳感器的數據反饋技術，機器人末端植入力覺傳感器，在搜孔過程中，能夠實現像人手觸覺一樣感知力度進行搜孔，能夠實時反饋力覺數據，監控力度的大小，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刮花、磨損等品質問題。

高智能化力度監控技術特點如下：

1）適應性強。該力度監控技術可根據不同的工件工況，設定不同的搜孔力度范圍，實時監控力度的變化，保證裝配高品質性。

2）數據可源。由于能夠實現六維力覺數據的實時傳送，能夠隨時在PC端進行查看，便于工件異常情

況下的力度異常數據追溯。

3.高精度的品質視覺檢查技術

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

1）自工序完結性。為確保上述高智能化力度監控技術的品質不產生流出，視覺檢查技術作為最后的質量墻，確保工件品質不會實際產生異常。

2）檢查多樣性/專對性強。多樣性體現在能適用于端子的插針是否變形、端蓋關閉是否到位等不同品質要求的工況。專對性體現在傳統的普通視覺僅能做到端蓋有無關閉，無法判別是否到位，該技術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閉到位。

3）數據可溯源。所拍攝的照片，判定基準的數據，均能保存到本地PC端，并且可聯合品質追溯系統，便于日后數據的查詢。

4.高柔性抓手

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

高柔性抓手技術特點體現在以下方面：

1）通用化。柔性抓手不受工件部品現狀的限制，可任意抓取任何位置，均能滿足穩固不掉落的需求。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，相當于徹底消除了裝配過程中出現的高壓觸電的安全風險。2）品質性。通過設備保證，品質的穩定性更強。避免出現人工因為疲勞導致漏裝、錯裝等品質風險。3）友好性。使用柔性設備自動裝配，消除了該工程職業病的發生風險。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。

結語

該應用案例，在汽車制造行業，有很大的借鑒性。畢竟在總裝制造領域，目前在國內、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。