即使是柔性部件，也盡在掌控之中：KR CYBERTECH 實現(xiàn)電池組組裝自動化

電動汽車電池的生產(chǎn)過程具有相當大的危險性，因為電池模組的連接會產(chǎn)生極高的電壓。Liebherr-Verzahntechnik GmbH 與 KOSTAL Kontakt Systeme GmbH 和 KUKA 合作，現(xiàn)已開發(fā)出一種采用 KR CYBERTECH nano 系列機器人的方案，可安全高效地連接帶高電壓的電池模組。

自動化技術(shù)為電動汽車發(fā)展提供了強勁動力

隨著可再生能源的使用規(guī)模穩(wěn)步增長，溫室氣體的排放減少，降低了環(huán)境治理和恢復(fù)費用。電動汽車是未來的主要發(fā)展趨勢，因為其有助于減少二氧化碳排放量，并降低維修和維護成本。據(jù)估計，目前全球已有超過 2700 萬輛插電式混合動力汽車和純電動汽車正在被使用。隨著絕大多數(shù)國家在2030到2035年停放燃油汽車的牌照，上述數(shù)字還會大幅增長。KUKA 很早就意識到電動汽車的潛力。自 2014 年以來，這家來自德國奧格斯堡的自動化專業(yè)廠商不斷地優(yōu)化其產(chǎn)品組合，以滿足汽車工業(yè)電子元件制造的特殊要求。位于德國阿爾高地區(qū)肯普滕（Kempten）的 Liebherr-Verzahntechnik GmbH（利勃海爾齒輪加工技術(shù)有限公司）如今因此受益。這家公司設(shè)計出一款應(yīng)用程序，在機器人的輔助下，可以為電動汽車制造商及其零部件供應(yīng)商帶來更安全的生產(chǎn)環(huán)境和更高的生產(chǎn)效率。畢竟，電池對于電動汽車就像心臟對于人一樣重要。

基于機器人的裝配系統(tǒng)確保高壓電池模塊的生產(chǎn)過程更加安全

高壓電池儲存著巨大的能量，對車輛的續(xù)航里程和充電時間具有決定性意義。高壓電池由多個模組構(gòu)成，這些模組相互電氣連接，進而構(gòu)成一個電池包。連接之后，這些電池系統(tǒng)可輸出 400 至 800 伏特的直流電壓。然而，由于用于連接模組的銅排裸露在模組表面，會給員工帶來極大的安全隱患。

另一種方法則是使用插拔式模塊連接器。利勃海爾與 KOSTAL Kontakt Systeme GmbH 合作，在機器人的協(xié)助下開發(fā)了一種用于自動化組裝柔性電纜插拔式模塊連接器的創(chuàng)新工藝。KOSTAL 的插拔式模塊連接器非常靈活且具有絕緣效果，可防止人員意外接觸帶電部件。即便電纜具有很高的彈性，該系統(tǒng)仍然能夠?qū)崿F(xiàn)自動插入，兼具靈活性和短節(jié)拍。

要達到大量生產(chǎn)高壓電池并符合經(jīng)濟效益的目標，自動化扮演著關(guān)鍵角色。

Viktor Bayrhof，Liebherr-Verzahntechnik GmbH 自動化系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理

電動汽車：空心軸機器人和專用軟件推動創(chuàng)新

每個工作單元內(nèi)有兩臺 KR CYBERTECH nano ARC HW 負責(zé)處理插接過程。一般而言，這些空心軸機器人主要用于氣體保護弧焊。然而，其緊湊的設(shè)計和大工作范圍以及可以將手腕軸作為電纜導(dǎo)管等優(yōu)點，也使它們成為插接應(yīng)用的好幫手。此外，利勃海爾團隊還選用了軟件包 KUKA.RoboTeam。這套軟件可以使兩臺或多臺機器人同步協(xié)作。軟件會實時對照程序和運動，因此即使是復(fù)雜的過程（例如連接柔性部件）也不成問題，這是電動汽車領(lǐng)域中的真正創(chuàng)新。

兩臺 KR CYBERTECH nano ARC HW 在一個工作單元中插接電子連接。

兩個機器人小臂在高壓電池的生產(chǎn)中同步協(xié)同工作，由 KUKA.RoboTeam 軟件包控制。

專業(yè)技術(shù)人員短缺促使自動化向前發(fā)展

為了滿足汽車工業(yè)多方面的要求，例如周期時間、數(shù)量、質(zhì)量和生產(chǎn)成本，電池生產(chǎn)過程中的大部分流程步驟如今已經(jīng)完全自動化。此外，專業(yè)技術(shù)人員短缺也推動了自動化的強勁趨勢。愿意承擔(dān)這種單調(diào)、體力負擔(dān)高、同時又要求嚴苛的任務(wù)的專業(yè)技術(shù)人員越來越少。來自德國呂登沙伊德（Lüdenscheid）的 KOSTAL Kontakt Systeme GmbH 公司自 1938 年以來致力于生產(chǎn)和銷售汽車工業(yè)用的連接器。這家公司意識到這塊市場仍然空白，因此開發(fā)了一款同時適合手動和自動化的插接頭。KOSTAL 開發(fā)團隊負責(zé)人 Martin Wolter 表示：“安全性在這里起著非常重要的作用。這里所處理的是高壓觸點，因此必須防止意外接觸。類似于插座，這里的觸點也受到保護，防止手指意外觸碰。然而，不同之處在于車輛中的插頭連接會受到振動以及高溫和低溫的影響。”

我們的系統(tǒng)非常堅固，整個使用壽命期間都能夠在不斷變化的負載下可靠地傳輸電力。

Martin Wolter，KOSTAL Kontakt Systeme GmbH 開發(fā)團隊負責(zé)人

KR CYBERTECH nano ARC HW 的設(shè)計修長，因此可以將兩臺機器人安裝在一個緊湊的工作單元中。

電動汽車電池組組裝的里程碑

隨后 KOSTAL 開始尋找自動化專家，旨在使新品能夠適合量產(chǎn)。KOSTAL 在肯普滕的利勃海爾公司找到了他們需要的技術(shù)。自 1969 年以來，這家來自阿爾高地區(qū)的公司一直為眾多汽車制造商和零部件供應(yīng)商以及設(shè)備制造、航空航天和建筑機械領(lǐng)域的客戶提供創(chuàng)新解決方案。

Viktor Bayrhof 站在創(chuàng)新的工作單元前。這個工作單元僅在一年半后就在電池展上亮相。

自動化系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)理 Viktor Bayrhof 表示：“這是一個雙贏局面。作為最近才加入電池組裝領(lǐng)域的新參與者，我們找到了獨特的賣點。然而，KOSTAL 公司也找到了能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品自動化的伙伴。”這家總部位于阿爾高的公司一直與 KUKA 密切合作十余載。這三家公司合作了一年半后，新的機器人單元就可以在德國斯圖加特的電池展上展出。

安裝：機器人插接柔性電纜

它們在展會上備受矚目，因為帶柔性電纜的插拔式模塊連接器較帶母線的螺釘連接具有更多優(yōu)勢：它們只需將連接器和配合件相互連接，因此更容易組裝。此外，它們可以吸收車輛運行期間的振動，因而減少因磨損而導(dǎo)致失去電接觸的情況。在日后更換電池模塊時，這樣的設(shè)計也具有優(yōu)勢，例如，在二次使用或回收電池組模塊時。唯一的問題是：由于電纜是柔性的，因此即使在施加的力和力矩都很低的情況下也會變形。

加工柔性部件需要最佳解決方案

用機器處理柔性部件仍然是現(xiàn)今組裝任務(wù)中的一個巨大挑戰(zhàn)，例如，機器人很難抓住會向任何方向扭曲的彈性電纜。利勃海爾以 KR CYBERTECH nano ARC HW 為基礎(chǔ)，開發(fā)出一款特殊夾爪，可以從泡殼中取出電纜。由于泡殼中的電纜事先沒有精確地放在一定位置，因此此處會采用 2D 攝像機，以便準確找出高彈性柔性電纜上的抓取位置，并將電纜末端的模塊連接器精確定位在連接器配合件的上方。

彈簧組提供恰到好處的力量

由于連接器必須小心處理，因此將插接過程解耦以確保順利運行。一個彈簧組負責(zé)控制傳輸?shù)竭B接器和連接器位置保證（CPA）的力。然后，氣缸將連接器壓入連接器配合件中。這個彈簧組件會受到加壓，直到達到 70 牛米的力矩并觸發(fā)終端位置傳感器。同時，彈簧承載的鎖定銷將 CPA 向下推。這樣會使 CPA 鎖定，連接器牢固插入，夾爪便可以再次向上移動。與其他自動化專業(yè)供貨商相比，利勃海爾刻意避免將試錯過程作為柔性電纜的插接過程的解決方案，因為每一個抓取動作都必須一次到位。他們這樣做的原因是，該技術(shù)應(yīng)適合量產(chǎn)，并且必須能夠滿足嚴格要求的周期時間。結(jié)果證明，這非常有效：系統(tǒng)的節(jié)拍比規(guī)定的 17 秒更短，交出了 11 秒的佳績。

正確的機器人與軟件組合帶來優(yōu)異性能

自動化制程中采用了 KR CYBERTECH nano ARC HW。這款靈活、經(jīng)濟高效的工業(yè)機器人專門用于處理小型工件，而且還可以到達難以接近的插接位置。此外，其也具有不受控靜電充電或放電 (ESD) 保護，非常適合處理敏感電子元件。值得一提的還有，這款設(shè)計緊湊的機器人可以充分利用狹小的空間。

電池生產(chǎn)的每個步驟都可以使用 KUKA smartPAD 手持操作設(shè)備進行跟蹤和控制。

利勃海爾利用軟件 KUKA.RoboTeam 使兩個夾爪能夠像人類手臂一樣，在主控-從站-運作模式之下良好地配合。這樣一來，機器人可以處理不同的電纜長度和插接位置，并補償位置公差。集成圖像識別系統(tǒng)有助于確定插槽的真實位置。此外，該解決方案不僅可用于電接觸，還可用于電池生產(chǎn)中的其他彈性組件，例如，電池管理系統(tǒng) (BMS) 和電池管理控制器 (CMC) 之間數(shù)據(jù)線的自動插接過程。

高質(zhì)量標準：準備好迎接電動汽車

KUKA 電子全球業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理 Martin Klaus 表示，汽車工業(yè)的許多公司只有在自動化的幫助下才能在未來保持競爭力。Klaus 強調(diào)說：“由于電動汽車的發(fā)展趨勢以及車輛技術(shù)的日益進步，汽車中復(fù)雜電子元件的數(shù)量和種類正在顯著增加，”Klaus 繼續(xù)說，“這些組件，包括逆變器、電機、顯示器、攝像機和控制單元，只能以高度自動化的方式制造，并達到所需的質(zhì)量和數(shù)量。”

機器人技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電子產(chǎn)品生產(chǎn)所需的大量流程。

Martin Klaus，KUKA 電子產(chǎn)品全球業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理

電池組組裝領(lǐng)域的新合作伙伴關(guān)系前景無限

德國奧格斯堡機器人專家已為此做好準備，其產(chǎn)品組合中擁有 ESD 保護機器人以及經(jīng)過凈室和干燥室認證的機器人。利勃海爾的 Viktor Bayrhof 也持類似觀點。“高壓電池系統(tǒng)是電動汽車中最昂貴的組件，”Bayrhof 說，“為了以更經(jīng)濟的方式大量生產(chǎn)這些電池，自動化技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。”這三家公司參與開發(fā)的解決方案即使在大變局年代也能確保公司的競爭力，因為他們可以持續(xù)掌控生產(chǎn)過程，包括柔性部件。