0 前言

新能源汽车制造企业必须在生产效率提升、成本控制以及产品质量保障这三大关键领域寻求突破。传统装配工艺，尤其是电池母排装配环节，过度依赖人工操作，其弊端日益凸显。其一，装配效率低下，难以满足大规模生产需求；其二，装配质量参差不齐，易出现母排连接错误等安全隐患，影响汽车性能与可靠性；其三，装配工人长期从事高强度、重复性劳动，因频繁弯腰及伸展等动作，易导致腰肌劳损等职业健康问题。这些现实问题严重制约了企业的生产效益与可持续发展。

1 国内外研究现状

近年来，自动化技术在汽车制造领域已取得诸多成果，但在部分复杂工艺环节，如电池包母排装配，仍以传统手工操作为主。国外汽车制造巨头虽在自动化装配方面起步较早，但其现有技术多聚焦于单一零部件的自动化生产。对于电池包母排装配这类涉及多部件协同、多种规格适配的系统，相关研究仍相对匮乏。目前，行业内虽有针对手工治具的优化尝试，但这些改进多局限于工具的外形与人机工程学层面，并未触及自动化装配的核心，因而无法从根本上解决人工装配效率低、质量不稳定等问题。电池包母排装配工艺复杂，包含螺栓拿取、母排放置和螺栓拧紧等多道工序，且需适配不同车型、不同规格的母排，这对自动化装配系统的柔性化、智能化提出了极高要求。现有技术中，缺乏一套能够高效、精准完成电池包母排装配全流程的自动化解决方案，这已成为制约汽车制造行业实现全面自动化、智能化生产的关键瓶颈。

2 研究内容和创新点

鉴于现有电池包母排装配技术的局限性，本文致力于研发一套创新的电池包母排自动化装配系统，旨在攻克传统装配工艺难题，实现装配流程的全面自动化、智能化升级。

研究内容涵盖以下几个核心方面：首先，设计一款新型自动供料装置，针对螺栓与母排的特殊形状和尺寸，创新供料方式，确保供料过程稳定、高效，为后续装配环节提供坚实保障；其次，研制一套集成化、多功能的自动装配设备，融合先进的母排吸附、螺栓抓取与拧紧技术，通过精准的机械结构设计与智能控制算法，实现多道装配工序的无缝衔接，大幅提升装配效率与质量；最后，构建一套先进的电控系统，融合机器视觉、传感器融合等前沿技术，赋予装配系统高度的智能化与自适应能力，使其能够精准识别不同车型、不同规格的母排，自动调整装配参数，确保装配过程的精准无误。

本文的创新点主要体现在以下三个方面：一是提出一种创新的自动供料机构，采用独特的振动与导向技术，有效解决螺栓与母排在供料过程中的卡顿、错位问题，显著提升供料效率与稳定性；二是设计一款多功能自动装配设备，其独特的多自由度机械臂与柔性夹具系统，可灵活适应不同形状、尺寸的母排，实现拾取、放置和拧紧等多道工序的一体化作业，从而极大提升装配的自动化水平；三是引入低成本、高性能的传感器与执行器组合，搭配先进的控制算法，在保证系统性能的同时，大幅降低整体成本，使自动化装配技术更具市场竞争力与普及性，为汽车制造行业的自动化升级提供一种经济、高效和可靠的解决方案。

3 电池包母排自动装配系统介绍

3.1 自动化装配流程

电池包母排装配系统通过高度集成的自动化手段，实现了从供料、搬运、装配到检测的全流程自动化，极大地提升了装配效率与质量。

首先，搬运单元将待装配的电池包精准运送至主架的装配位，为后续操作奠定基础。随后，机械手臂带动多功能一体化夹具移动至自动供料单元。夹具的螺栓吸附模块精准对准螺栓供料口，通过真空吸附技术拾取两个螺栓。接着，夹具移至母排供料位，母排吸附模块根据母排尺寸自动变距，并利用真空吸附稳稳拾取一个母排。此时，夹具已携带螺栓和母排，在视觉系统与机械手臂的协同下，精准移动至电池包上方的装配位置。螺栓拧紧模块与母排吸附模块协同工作，先将母排准确放置于电池包的安装点，随后螺栓拧紧模块起动，将螺栓精准拧紧，完成母排的固定。最后，夹具的视觉模块对装配完成的母排进行拍照检查，确认装配位置的精确性与螺栓拧紧的可靠性，从而确保每一次装配都高效、精准。

3.2 系统各部位功能

3.2.1 整体结构

如图1所示，整个电池包母排自动化装配系统主要由5个部分组成，各部分协同工作，确保装配过程的高效与精准。

图1 母排自动装配系统

（1）协作机器人：作为系统的执行核心，实现多自由度的精准移动，确保装配操作的灵活性与精确性。

（2）搬运单元：负责将待装配的电池包精准运送至主架的装配位。

（3）多功能一体化夹具：作为系统的操作终端，集成了母排吸附模块、螺栓吸附模块、螺栓拧紧模块和视觉模块。母排与螺栓吸附模块通过真空吸附技术，确保物料在运输过程中的稳定性。螺栓拧紧模块配备高精度扭矩控制装置，保证拧紧力矩的精准性。视觉模块则通过光源与摄像头的配合，实时监测并引导机械手臂完成精准定位与装配。

（4）柔性母排供料器：可提供4种不同规格的母排。供料时，将所需规格的母排旋转至取料口，实现快速切换与供给。

（5）双通道螺栓供料器：可一次性提供两个螺栓，显著提高了供料效率。

通过以上各部分的紧密配合，该系统能够灵活适应不同车型与装配位置的变化，具备了良好的通用性。

电池包母排自动化装配系统实现了全流程自动化，其效率较人工提升一倍，并从根本上消除了因人工连接母排错误导致短路的安全隐患，为新能源汽车电池装配提供了高效、可靠的解决方案。

3.2.2 电池包母排结构

母排作为电池系统中关键的连接组件，其构造精巧，功能至关重要。母排主要由母排总成、连接端、母排主体和绝缘层组成。

（1）连接端：这是母排与电池模组及其他电气元件连接的关键部位，通常采用高导电性金属材料制成，表面经过特殊处理以确保良好的电气接触性能。其设计采用标准化接口，能够与不同规格的电池模组快速、稳定地连接，并具备足够的力学强度以承受系统运行中的各种应力。

（2）母排主体：承担着电流传输的主要任务，由多层高纯度铜箔或铝箔叠合而成，并通过先进的焊接工艺确保层间电气连接的稳定可靠；其截面积和长度均根据电池系统的电流需求进行精确设计。

（3）绝缘层：作为重要组成部分，绝缘层包裹在母排主体外部，起到电气绝缘与物理保护的双重作用。该层采用高性能绝缘材料，具有良好的绝缘性、耐热性及耐化学腐蚀性，能有效防止母排在运行中与其他导体发生短路，并抵御灰尘、水分、化学物质等环境因素的侵蚀。绝缘层的厚度与材料选择会根据电池系统的具体要求进行优化，以确保母排在各种工况下均能安全、稳定运行。

整个母排的设计充分考虑了电池系统的电气性能、力学强度和环境适应性，通过各部分的协同作用，确保了电池系统中电流的高效、稳定传输，为新能源汽车的可靠运行提供了坚实保障。

4 各部分结构及工作原理

在电池包母排装配系统中，各部件的协同运作是实现自动化装配的关键。以下将深入探讨系统各部分的结构与工作原理，揭示其如何共同作用以达成高效、精准的装配目标。

4.1 机器人

在电池母排装配系统中，机器人是执行精准、高效装配任务的核心单元。其功能设计主要围绕三个关键步骤展开：拿取螺栓、拿取与放置母排以及驱动紧固工具完成螺母拧紧。

首先，机器人通过高精度的末端执行器，迅速且准确地从螺栓供料单元中取出螺栓。随后，利用其灵活的多自由度关节结构，机器人可调整至最佳姿态，从母排供料器中稳定地取出母排。此过程对机器人的运行稳定性要求极高，从而避免母排在传输中发生损坏。最后，在紧固环节，机器人将母排放置于电池包的预定位置后，驱动紧固工具以预设的扭矩完成螺母拧紧，确保母排与电池包之间形成牢固可靠的连接。

机器人的整体结构如图2所示，其主要组成部分包括：

（1）底座，用于与安装台架固定连接。

（2）末端法兰，用于连接多功能一体化夹具。

4.2 电池包搬运机构

如图3所示，AGV搬运机构是连接各个装配环节的关键纽带，其精准与高效的运作是确保整个装配流程顺畅的核心保障。该机构的工作流程围绕电池包的接收、运输与精准定位展开，每一步都经过精心设计，以实现无缝衔接与高效运作。

图2 机器人

4.2 电池包搬运机构

如图3所示，AGV搬运机构是连接各个装配环节的关键纽带，其精准与高效的运作是确保整个装配流程顺畅的核心保障。该机构的工作流程围绕电池包的接收、运输与精准定位展开，每一步都经过精心设计，以实现无缝衔接与高效运作。

图3 电池包搬运机构（AGV）

首先，搬运机构利用其先进的定位系统，实现与生产线上电池包的精准对接。这得益于其配备的高精度传感器和智能控制系统，能够实时监测电池包的位置与姿态，确保每次对接均能达到毫米级精度。

成功对接后，搬运机构随即起动平稳、高效的运输模式，将电池包从初始位置快速、稳定地运送至装配工位。为确保运输过程的绝对平稳，机构采用了先进的减振技术与动力控制系统，有效避免了因振动或急停急起导致的电池包位移或损伤。这种平稳的运输不仅保障了电池包的安全，也为后续装配工作奠定了坚实基础。

到达装配工位后，搬运机构通过智能控制系统，可根据不同电池包的型号与装配要求，自动调整放置位置与姿态，确保每次放置都能达到最佳装配效果。其高效运作不仅体现在快速精准的运输能力，还体现在与装配系统其他部分的无缝协同上。借助先进的通信技术，搬运机构能实时接收控制中心指令，并同步反馈自身状态，从而实现整个装配流程的协同优化。这一高效运作模式显著提升了电池包母排装配系统的生产效率，减少了因搬运环节造成的生产延误。

4.3 多功能一体化夹具

多功能一体化夹具整体结构如图4所示，作为核心执行部件，负责完成螺栓和母排的拾取、定位及紧固操作。其主要结构集成了与机器人末端法兰连接的夹具安装底座、螺栓拾取与拧紧模块、母排吸附模块、视觉模块及变间距模块。该夹具通过真空吸附技术稳定拾取母排和螺栓，利用高精度扭矩控制装置精确拧紧螺栓，并借助视觉模块实时监测装配位置，确保装配的精确性；同时，通过视觉系统进行装配品质确认，发现异常及时报警，确保维护人员能够及时介入。

图4 多功能一体化夹具

多功能一体化夹具的柔性化变距机构如图5所示，其变间距模块根据母排尺寸自动调整间距，适应多种规格母排，能够兼容我公司生产的BEV、HEV和PHEV等全系新能源车型，实现多品种柔性生产。

图5 柔性化变距机构

4.4 柔性化供料机构（母排、螺栓）

柔性化母排供料机构，作为关键的前端环节，其柔性化设计和高效的工作流程是确保整个装配线顺畅运作的基石。该系统不仅能够灵活适应不同规格的母排，还能在多变的生产需求下保持稳定的供料效率。母排供料系统采用了创新的模块化设计理念，通过可快速更换的料仓和灵活的供料轨道，实现了对不同尺寸和形状母排的兼容。每个料仓都配备了独立的传感器和控制系统，能够实时监测母排的存量和状态，并自动调整供料速度，以匹配装配线的实际需求，同时根据当前的装配需求，将对应的母排旋转至取料位置，完成供料流程，柔性化母排供料机构如图6所示。双轨道螺栓供料器如图7所示，采用了巧妙的双轨机构设计，能够满足紧固机构双枪同时拿取两颗螺栓进行上料，大大提升了自动化效率。

图6 柔性化母排供料机构

图7 双轨道螺栓供料器

5 结语

本研究成功开发的电池包母排自动化装配系统，凭借其创新的柔性供料单元、多功能一体化夹具以及先进的视觉引导定位技术，显著提升了装配过程的自动化水平与整体效率。该系统不仅实现了母排高效、精准的供给与装配，还通过模块化设计与灵活配置，展现出广泛的适用性和高度的灵活性，能够轻松集成至现有生产线，为新能源汽车智能制造提供了高效、可靠的解决方案。

参考文献

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