電池包自動(dòng)安裝設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

章 麗

(曼弗萊德智能制造(江蘇)有限公司，江蘇 蘇州 215100)

0 引言

為了緩解供電高峰期供電緊張、輸電效率低下的狀況,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外正大力發(fā)展MW級(jí)集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)(CBESS)[1]。為提高電池包入集裝箱的安全性和便利性,通常采用自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行儲(chǔ)能箱電池包安裝。目前,電池包自動(dòng)入集裝箱常用方式有機(jī)器人抓取安裝和非標(biāo)自動(dòng)設(shè)備安裝。但機(jī)器人供貨周期長(zhǎng)、供貨不足,為此,設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能箱電池包自動(dòng)安裝設(shè)備。

1 電池包自動(dòng)安裝設(shè)備設(shè)計(jì)思路

儲(chǔ)能箱電池包自動(dòng)安裝系統(tǒng)由包膠鏈板輸送系統(tǒng)、RGV軌道系統(tǒng)、電池包自動(dòng)安裝設(shè)備、圍欄等組成,如圖1所示,可實(shí)現(xiàn)電池包的長(zhǎng)距離供料、集裝箱自動(dòng)定位、電池包自動(dòng)入箱。

圖1 儲(chǔ)能箱電池包自動(dòng)安裝系統(tǒng)

電池包尺寸約2 285 mm×810 mm×241.5 mm、重量<700 kg。電池包安裝步驟為:電池包自動(dòng)安裝設(shè)備(簡(jiǎn)稱自動(dòng)安裝設(shè)備)移動(dòng)到電池包安裝臺(tái)位后定位→逐層安裝直至一列安裝結(jié)束→設(shè)備移動(dòng)至其他指定倉(cāng)位進(jìn)行電池包安裝→重復(fù)流程直至全部安裝結(jié)束→復(fù)位→開始下一循環(huán)。

電池包自動(dòng)安裝設(shè)備主要由底座、升降機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(配合視覺(jué)糾偏)、推送機(jī)構(gòu)組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。自動(dòng)安裝設(shè)備的底座固定在儲(chǔ)能箱電池包自動(dòng)安裝系統(tǒng)的軌道上,伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條進(jìn)行橫向的精確定位,方便集裝箱不同列的電池包安裝。在底座上安裝立柱,立柱焊接后精加工,立柱上安裝標(biāo)準(zhǔn)直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠,伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),精確控制升降臺(tái)的高度,以此滿足集裝箱不同高度電池包的安裝。在升降臺(tái)上設(shè)置短距離滾筒線,該滾筒線的前端與鏈板線接駁處設(shè)有動(dòng)力,目的是方便電池包從鏈板線順暢地過(guò)渡進(jìn)入自動(dòng)安裝設(shè)備。滾筒線后端為無(wú)動(dòng)力端,電池包進(jìn)入自動(dòng)安裝設(shè)備后由安裝在升降臺(tái)上側(cè)的推送機(jī)構(gòu)推送進(jìn)入集裝箱電池架上。推送機(jī)構(gòu)自帶壓力傳感器和位置傳感器,當(dāng)壓力高于一定數(shù)值時(shí)停止推送動(dòng)作并報(bào)警,防止推力過(guò)大將電池或電池架限位擋塊擠壓變形。推送機(jī)構(gòu)通過(guò)直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)高度的升降,在電池包進(jìn)入自動(dòng)安裝設(shè)備前推送機(jī)構(gòu)保持上升姿態(tài),電池包進(jìn)入自動(dòng)安裝設(shè)備后推送機(jī)構(gòu)下降,進(jìn)行推送運(yùn)動(dòng),以此避免推送機(jī)構(gòu)和電池包的干涉。升降機(jī)構(gòu)上固定翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(角度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)),推送電池包前分別用2個(gè)CCD檢測(cè)集裝箱支架上兩只鉚螺母的位置,利用檢測(cè)偏差值進(jìn)行控制系統(tǒng)的反饋,實(shí)現(xiàn)通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)對(duì)滾筒線進(jìn)行角度調(diào)整。

圖2 電池包自動(dòng)安裝設(shè)備

2 電池包自動(dòng)安裝設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

2.1 技術(shù)參數(shù)確定

根據(jù)自動(dòng)安裝設(shè)備的主要技術(shù)性能和控制要求,動(dòng)力部分均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。以匯川伺服電機(jī)為例,依據(jù)經(jīng)驗(yàn)初選伺服電機(jī)和減速機(jī)[2,3]。電池包重量<700 kg,推送機(jī)構(gòu)選用1 kW驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī);推送機(jī)構(gòu)重量為162 kg,滾筒線重量為94 kg,負(fù)載偏心距為0.26 m;翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用4.4 kW帶抱閘驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)和減速比i=100的行星減速機(jī);升降臺(tái)總重1 460 kg,垂直長(zhǎng)行程選用5.5 kW帶抱閘伺服電機(jī)和減速比i=10的行星減速機(jī);垂直短行程選用1.3 kW帶抱閘伺服電機(jī)和減速比i=7的行星減速機(jī)。自動(dòng)安裝設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表1～表4所示。

表1 推送機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

表2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

表3 升降長(zhǎng)行程機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

表4 升降短行程機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

2.2 推送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

推送機(jī)構(gòu)如圖3所示。推送機(jī)構(gòu)經(jīng)垂直絲杠、直線導(dǎo)軌導(dǎo)向后下降到設(shè)定位置。壓力傳感器固定在推送機(jī)構(gòu)的首端,隨絲杠螺母一起運(yùn)動(dòng),對(duì)電池包進(jìn)行推送。當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)控制系統(tǒng)停止推送并報(bào)警。在推送過(guò)程中位置傳感器檢測(cè)電池包的實(shí)際位置,當(dāng)?shù)竭_(dá)安裝位時(shí)程序反饋控制系統(tǒng),電機(jī)反轉(zhuǎn),推送機(jī)構(gòu)繼而復(fù)位。

圖3 推送機(jī)構(gòu)

2.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖4所示,由左、右手臂和滾筒線組成,默認(rèn)姿態(tài)為手臂保持水平,靠近電機(jī)的手臂為動(dòng)力端,另一側(cè)手臂為無(wú)動(dòng)力從動(dòng)端,兩只手臂分別與滾筒線支架連接,從而實(shí)現(xiàn)滾筒線的角度調(diào)節(jié)。

圖4 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.4 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

升降機(jī)構(gòu)如圖5所示,主要由2組立柱、8組直線導(dǎo)軌、2組滾珠絲杠、2組伺服電機(jī)等組成,在導(dǎo)軌兩側(cè)固定限位裝置,電機(jī)選擇帶抱閘功能。導(dǎo)軌長(zhǎng)度分為兩種,長(zhǎng)導(dǎo)軌進(jìn)行整個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上下移動(dòng)導(dǎo)向,短導(dǎo)軌進(jìn)行推送機(jī)構(gòu)的上下移動(dòng)導(dǎo)向。

圖5 升降機(jī)構(gòu)

3 電池包自動(dòng)安裝設(shè)備的應(yīng)用效果

自動(dòng)安裝設(shè)備滿足客戶生產(chǎn)節(jié)拍需求,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)角度為-5°～5°,用時(shí)1 s～2 s,重復(fù)定位精度±0.1 mm。推送機(jī)構(gòu)推送距離2.5 m,用時(shí)5 s～6 s,重復(fù)定位精度±0.1 mm。升降機(jī)構(gòu)運(yùn)行距離3.1 m,用時(shí)6.5 s～8.5 s,重復(fù)定位精度±0.2 mm。此自動(dòng)安裝設(shè)備在滿足設(shè)計(jì)和使用要求的前提下,極大地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。一鍵式上料,降低了工人的工作強(qiáng)度,借助視覺(jué)系統(tǒng)安裝定位精度高,工作效率得到大幅提升,為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的電池包自動(dòng)安裝設(shè)備自動(dòng)化程度高,工作節(jié)拍快,穩(wěn)定性高,對(duì)后續(xù)項(xiàng)目具有重要的參考價(jià)值。