作者姓名 指导教师
分类号 UDC 注 1
密级
学
位
论
文
动力锂电池组装配生产线作业机器人的 设计与实现
（题名和副题名）
金 伟
（作者姓名）
指导教师
黄 大 贵 电子科技大学
教 成
授 都
（姓名、职称、单位名称）
申请学位级别 提交论文日期
硕士 2014.04
学科专业 论文答辩日期
精密仪器及机械 2014.05 2014 年 06 月
摘要
摘
要
电动汽车作为新能源汽车正受到世界各国越来越多的关注，而动力电池作为 电动汽车的核心部件，更是具有广阔的市场前景。本课题是根据深圳市某公司的 实际生产需求，为动力锂电池组装配生产线的十个作业机器人工位设计研发三种 作业机器人，从而能够实现其自主研发的动力锂电池组的自动化装配。 本文首先对国内外工业机器人的研究现状进行了介绍，然后针对动力锂电池 组装配生产线的用户需求，提出了层组装配机器人、端盖装配机器人、转运机器 人的总体设计方案，接着进一步阐述作业机器人各运动部件的结构设计、转运机 器人关键零部件的有限元分析以及作业机器人的安装与调试。详细研究内容如下： 1. 首先根据各工件的技术参数、装配生产线的总体布局以及作业机器人工位 的功能需求，确定了三种作业机器人的总体设计方案； 2. 其次阐述了两种装配机器人的机械臂、机械手爪以及转运机器人 X 轴直线 移动机构、Y-Z 轴直线移动机构、转运机械手爪的设计细节，并对相关零部件的选 型或设计进行详细的计算与校核； 3. 然后通过 ANSYS Workbench 有限元分析软件对转运机器人的关键零部件 进行有限元分析，保证其结构具有足够的刚度和强度； 4. 最后对三种作业机器人的各零部件进行安装与调试，并对其中出现的问题 进行分析与解决，为作业机器人系统的软件调试提供了保证。 目前，三种作业机器人的安装、系统的硬件调试和每个工位的现场控制调试 工作已经完成，十个工位的作业机器人都能完成既定的动作。同时，整个作业机 器人系统的联合调试工作正在进行中。 关键词：动力锂电池组，结构设计，直角坐标，有限元分析
III
目录
目 录
第一章 绪 论 ..................................................................................................................1 1.1 课题背景及研究意义 .........................................................................................1 1.2 工业机器人发展状况及分类 .............................................................................2 1.2.1 国内外工业机器人发展状况 ...................................................................3 1.2.2 工业机器人的分类 ...................................................................................4 1.3 本文研究的主要内容 .........................................................................................7 第二章 作业机器人的总体方案设计 ............................................................................8 2.1 作业机器人的设计分析 .....................................................................................8 2.1.1 基本功能需求 ...........................................................................................8 2.1.2 设计思路 ...................................................................................................8 2.2 工件的技术参数 .................................................................................................9 2.3 动力锂电池组装配生产线概述 ....................................................................... 11 2.3.1 装配生产线总体布局 ............................................................................. 11 2.3.2 装配生产线控制方案 .............................................................................12 2.4 作业机器人的技术指标 ...................................................................................14 2.5 作业机器人布置方式及运动实现 ...................................................................15 2.5.1 直角坐标机器人布置方式的选择 .........................................................15 2.5.2 传动方式的选择 .....................................................................................17 2.6 作业机器人设计方案的确定 ...........................................................................18 2.6.1 层组装配机器人设计方案 .....................................................................18 2.6.2 端盖装配机器人设计方案 .....................................................................20 2.6.3 转运机器人设计方案 .............................................................................20 2.7 本章小结 ...........................................................................................................22 第三章 装配机器人的结构设计 ..................................................................................23 3.1 层组装配机器人的设计 ...................................................................................23 3.1.1 层组机械臂 .............................................................................................23 3.1.2 层组机械手爪 .........................................................................................26 3.2 端盖装配机器人的设计 ...................................................................................28 3.2.1 端盖机械臂 .............................................................................................28 3.2.2 端盖机械手爪 .........................................................................................29
Major: Author: Advisor: School:
Precision Instrument and Machinery Jin Wei Prof. Dagui Huang School of Mechatronics Engineering of UESTC
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
I
ABSTRACT
ABSTRACT
As the new energy automobile, more and more attentions have been paid to the electric automobile by countries all over the world. As the core component of such electric automobile, the power battery has a broad market prospect. According to the actual production demand of a company, three operation robots are designed and developed in this topic for ten work positions of power lithium battery pack assembling line, thus capable of realizing the automatic assembly of self-developed power lithium battery pack. In this thesis, the current situation of research on industrial robots at home and abroad is introduced first, then the overall design schemes of layer assembly robot, end cover assembly robot and transport robot are proposed according to the demands of users of lithium battery assembling line, and finally the structural design of each movable component of operation robot, the finite element analysis of key parts and components of transport robot and the installation and debugging of operation robot are further elaborated. The details of research are as follows: 1. Firstly, according to the technical parameters of workpieces, overall layout of assembling line and functional requirements of operation robot workstation, confirm the overall design schemes of three kinds of operation robots. 2. Secondly, elaborate the design details of the mechanical arm, mechanical gripper of two kinds of assembly robots and the X-axis linear moving mechanism, Y-Z-axis linear moving mechanism, mechanical gripper of transport robots, then calculate and calibrate the selection or design of relevant parts and components of transport robots. 3. Thirdly, Conduct finite element analysis for key parts and components of transport robots under ANSYS Workbench finite element analysis software to ensure sufficient rigidity and strength of the structure. 4. Finally, install and debug the parts and components of such three operation robots, analyse and solve the problems during installation and debugging, and continuously perfect the whole operation robot system. At present, the installation of three operation robots, hardware debugging of system and field control debugging of each work position have been completed and the operation robots on ten work positions can perform the given action. Meanwhile, the