一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台的制作方法
1.本技术涉及工业互联网教学技术领域，特别是涉及一种复锂电池模拟组装工业互联网实训平台。
背景技术：
2.目前，现有的工业互联网的教学设备：局限于传统工业控制体系的思维，在软硬件体系上无法兼容工业互联网体系架构要求；硬件设备基础比较薄弱，智能化水平较低，设备联网率较低，导致教学效率较低；所选用硬件设备相互独立各成体系，可集成性差，在学习过程中难以综合运用并集中控制，限制了教学深度；软件代码停留于对底层控制设备的调用，无法满足将工业控制与信息技术交叉融合的运用需求；平台资源仅满足基本教学与实验需求，实验模式单一，可拓展性差。
技术实现要素：
3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台。
4.一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台，所述锂电池模拟组装工业互联网实训平台包括：机械组件及电气系统。
5.所述机械组件包括：教学支撑平台，及设置在所述教学支撑平台上的工业机器人机构、电芯端板上料机构、激光模拟涂胶机构、电芯组堆叠翻转机构、电极检测机构、电芯组检测机构、cnc数控加工机构、模组顶板料库机构、电池模组组装机构、自动拆分机构、阀组模块以及执行元件。
6.所述电气系统包括：plc控制模块、通讯模块、用于控制所述工业机器人机构的工业机器人控制系统、用于控制所述数控加工机构的cnc模拟加工系统、控制面板模块、传感器模块、hmi触摸屏模块以及供电模块；所述通讯模块包括：工业互联网交换机和智能网关。
7.所述工业机器人控制系统、所述传感器模块均与所述plc控制模块连接，所述hmi触摸屏模块以及所述cnc模拟加工系统通过所述工业互联网交换机与所述plc控制模块连接，所述工业互联网交换机与所述智能网关连接；所述智能网关用于对工业互联网交换机传出的数据进行采集和边缘计算，对不同通信协议进行解析，并将数据通过以太网传输到上位机或云平台；所述控制面板模块通过所述plc控制模块与所述cnc模拟加工系统连接；。
8.所述供电模块用于给所述plc控制模块、所述通讯模块、所述工业机器人控制系统、所述cnc模拟加工系统、所述控制面板模块、所述传感器模块以及所述hmi触摸屏模块提供电源。
9.进一步的，所述工业机器人机构包括：底座、安装在底座上的机器手臂、以及安装在机器手臂执行末端的夹爪。
10.进一步的，所述电芯端板上料机构包括：端板料库、电芯库、气缸推出装置、平台和支撑型材；所述端板料库、所述电芯库以及所述气缸推出装置均安装在所述教学支撑平台
上；支撑型材分别在四个角支撑平台并佩戴铝型材角码；所述端板料库用于放置端板，所述电芯库用于放置电芯；所述端板料库和所述电芯库设置有光纤传感器，所述光纤传感器用于检测原料的有无以及给机器人发送夹取信号。
11.进一步的所述电芯组堆叠翻转机构包括：堆叠工位、l型堆叠底座、支架、回转气缸、夹紧工位、滑动气缸以及夹板；
12.所述堆叠工位由所述l型底座连接到所述回转气缸，所述回转气缸固定在所述支架上；所述夹紧工位通过所述滑动气功股东在所述l型堆叠底座上，连接两侧的夹板来进行夹紧动作电芯组堆叠完成后进行翻转。
13.进一步的，所述电芯组检测机构包括：直线位移传感器；所述直线位移传感器用于检测电芯组的高度来判断是否合格。
14.进一步的，所述模组顶板料库机构包括料库，及设置在所述料库中的光纤传感器，所述光纤传感器用于检测模组顶板的有无。
15.进一步的，所述锂电池模拟组装工业互联网实训平台还包括成品库；
16.所述成品库及电池模组组装机构包括：带有凹槽的平板，用于整个电池模组的装配工作；凹槽分为不同颜的区域来区分不同型号电池模组，拼接好的电池模组的底板侧板固定在凹槽内。
17.进一步的，所述传感器模块包括电能传感器、温湿度传感器、原料库检测传感器、工件检测传感器、气缸到位检测传感器。
18.进一步的，所述阀组模块包括11个电控阀，用来控制气缸推出装置、机器人夹爪、电极检测机构、电芯组检测机构的执行元件的运动。
19.进一步的，所述机器人控制系统通过modbus tcp/ip协议与所述plc控制模块连接；所述cnc模拟加工系统通过所述工业以太网交换机以modbus tcp 协议与所述plc控制模块相连；所述hmi触摸屏通过所述工业以太网交换机以ethernet协议与所述plc控制模块相连。
20.上述一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台，所述锂电池模拟组装工业互联网实训平台包括：机械组件及电气系统。机械组件包括：教学支撑平台，及设置在教学支撑平台上的工业机器人机构、电芯端板上料机构、激光模拟涂胶机构、电芯组堆叠翻转机构、电极检测机构、电芯组检测机构、cnc数控加工机构、模组顶板料库机构、电池模组组装机构、自动拆分机构、阀组模块。电气系统中的工业机器人控制系统、传感器模块均与plc控制模块连接，hmi 触摸屏模块以及cnc模拟加工系统通过工业互联网交换机与plc控制模块连接，工业互联网交换机与智能网关连接；智能网关用于对工业互联网交换机传出的数据进行采集和边缘计算，对不同通信协议进行解析，并将数据通过以太网传输到上位机或云平台，控制面板模块通过plc控制模块与cnc模拟加工系统连接。本平台采用工业互联网交换机、智能网关将各模块设备用以太网连接起来，使得各设备间不在独立各成体系，集中控制，提高了设备间的可集成性；本平台硬件设备丰富，为工业互联网教学提供了硬件支撑，解决了硬件设备基础比较薄弱，智能化水平较低，设备联网率较低等问题。
附图说明
21.图1为一个实施例中一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台的组成框图；
22.图2为一个实施例中一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台电气系统连接示意图；
23.图3为另一个实施例中工业机器人机构的示意图；
24.图4为另一个实施例中电芯端板上料机构的示意图；
25.图5为另一个实施例中激光模拟涂胶机构的示意图；
26.图6为另一个实施例中电芯组堆叠翻转机构的示意图；
27.图7为另一个实施例中电极检测机构的示意图；
28.图8为另一个实施例中电芯组检测机构的示意图；
29.图9为另一个实施例中cnc数控加工机构的示意图；
30.图10为另一个实施例中模组顶板料库机构的示意图；
31.图11为另一个实施例中电池模组组装机构的示意图；
32.图12为另一个实施例中自动拆分机构的示意图；
33.图13为另一个实施例中plc控制模块的示意图；
34.图14为另一个实施例中hmi触摸屏模块和控制面板模块的示意图；
35.图15为另一个实施例中阀组模块示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
37.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
38.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
39.在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
40.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
41.在一个实施例中，如图1、图2所示，提供了一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台，该平台包括：机械组件10及电气系统20。
42.机械组件包括：教学支撑平台，及设置在教学支撑平台上的工业机器人机构1、电
芯端板上料机构2、激光模拟涂胶机构3、电芯组堆叠翻转机构4、电极检测机构5、电芯组检测机构6、cnc数控加工机构7、模组顶板料库机构8、电池模组组装机构9、自动拆分机构10、阀组模块以及执行元件。其中，执行元件包括多个气缸，用来推动气缸推出装置、电极检测机构、电芯组检测机构、 cnc数控加工机构(开关门)、电池模组组装机构(底部有吸盘)、夹爪、翻转机构的动作的执行。
43.电气系统包括：plc控制模块11、通讯模块、用于控制工业机器人机构的工业机器人控制系统、用于控制数控加工机构的cnc模拟加工系统、控制面板模块、传感器模块、hmi触摸屏模块以及供电模块；通讯模块包括：工业互联网交换机和智能网关。通过plc控制模块、通讯模块、cnc模拟加工模块、传感器模块、供电模块、机器人控制系统、hmi触摸屏模块丰富了硬件的应用需求，为工业互联网教学提供了硬件支撑，解决了硬件设备基础比较薄弱，智能化水平较低，设备联网率较低等问题。
44.工业机器人机构1、电芯端板上料机构2、激光模拟涂胶机构3、电芯组堆叠翻转机构4、电极检测机构5、电芯组检测机构6、cnc数控加工机构7、模组顶板料库机构8、电池模组组装机构9、自动拆分机构10、plc控制模块11、 hmi触摸屏模块和控制面板模块、以及阀组模块的示意图分别如图3-图15所示。
45.工业机器人控制系统、传感器模块均与plc控制模块连接，hmi触摸屏模块以及cnc模拟加工系统通过工业互联网交换机与plc控制模块连接，工业互联网交换机与智能网关连接；智能网关用于对工业互联网交换机传出的数据进行采集和边缘计算，对不同通信协议进行解析，并将数据通过以太网传输到上位机或云平台，控制面板模块通过plc控制模块与cnc模拟加工系统连接。作为优选，工业互联网交换机为8口工业以太网交换机。该平台采用工业交换机、智能网关将各模块设备用以太网连接起来，进行各设备间数据采集，使得各设备间不在独立各成体系，集中控制，提高了设备间的可集成性。
46.供电模块用于给plc控制模块、通讯模块、工业机器人控制系统、cnc模拟加工系统、控制面板模块、传感器模块以及hmi触摸屏模块提供电源。
47.电极检测机构5：固定在支架上，当四块电芯堆叠到一起时，电极检测机构顶出，与电芯正负极接触，通过观察电极检测机构是否亮灯来检测电芯电极是否正常。
48.cnc数控加工机构7：主要用来模拟模组顶板的加工，设有不同的指示灯，并且有开门动作。当三坐标机构夹取模组顶板时，cnc机构门打开，放入之后，间隔一段时间为加工时长，在将门打开，以此来模拟cnc数控加工中心加工模组顶板原料。
49.自动拆分机构主要设置一个拆分工位，该机构主要由双轴气缸来完成，当循环整个装配流程结束，并且进行数据采集后，机器人将成品库中的各个合格品依次夹取到自动拆分机构，通过双轴气缸的运动，将电芯推出到指定区域，由机器人夹取至料库，从而完成一个电池模组的自动拆分过程。
50.plc控制模块，安装在一块l型板上通过四颗螺栓固定。
51.hmi触摸屏模块(人机界面)，嵌入安装在平台的背板上。可显示传感器传输的电压、电流、温度、湿度等信息，可通过控制plc来控制cnc、机器人、电芯组堆叠翻转机构、电极检测机构、电芯组检测机构等的运行。
52.控制面板模块，嵌入安装在平台的背板上。控制面板模块通过plc控制连接cnc控制系统，控制cnc数控加工机构启动、停止、复位、急停等。采用铝合金铣削加工成型面板，高
度集成的硬件架构，将液晶显示、触摸控制、逻辑控制和运动控制融为一体，取代了传统hmi+plc+各类扩展卡的架构。
53.激光模拟涂胶机构：激光器通过l型铝板固定在一个支架上方，通过激光走线来模拟涂胶工艺。
54.上述一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台中，所述锂电池模拟组装工业互联网实训平台包括：机械组件及电气系统。机械组件包括：教学支撑平台，及设置在教学支撑平台上的工业机器人机构、电芯端板上料机构、激光模拟涂胶机构、电芯组堆叠翻转机构、电极检测机构、电芯组检测机构、cnc数控加工机构、模组顶板料库机构、电池模组组装机构、自动拆分机构、阀组模块。电气系统中的工业机器人控制系统、传感器模块均与plc控制模块连接，hmi 触摸屏模块以及cnc模拟加工系统通过工业互联网交换机与plc控制模块连接，工业互联网交换机与智能网关连接；智能网关用于对工业互联网交换机传出的数据进行采集和边缘计算，对不同通信协议进行解析，并将数据通过以太网传输到上位机或云平台，控制面板模块通过plc控制模块与cnc模拟加工系统连接。本平台采用工业互联网交换机、智能网关将各模块设备用以太网连接起来，使得各设备间不在独立各成体系，集中控制，提高了设备间的可集成性；本平台硬件设备丰富，为工业互联网教学提供了硬件支撑，解决了硬件设备基础比较薄弱，智能化水平较低，设备联网率较低等问题。
55.进一步的，如图3所示，工业机器人机构包括：底座、安装在底座上的机器手臂、以及安装在机器手臂执行末端的夹爪。作为优选，工业机器人机构主要选用众为兴ar4215机器人，包括机器人夹爪以及底座。机器人安装在底座上，在机器人执行末端连接定制夹爪，在机器人的手臂的旋转范围内来进行整个的工艺流程；该方案的夹取动作基本都靠机器人来进行夹取，所以机器人的夹爪需要按照夹取的实物来制作。
56.进一步的，如图4所示，电芯端板上料机构包括：端板料库、电芯库、气缸推出装置、平台和支撑型材；端板料库、电芯库以及气缸推出装置均安装在教学支撑平台上；支撑型材分别在四个角支撑平台并佩戴铝型材角码；端板料库用于放置端板，电芯库用于放置电芯；端板料库和电芯库设置有光纤传感器，光纤传感器用于检测原料的有无以及给机器人发送夹取信号。
57.具体的，电芯端板上料机构包括端板料库、电芯库、气缸推出装置、平台和支撑型材。两个端板料库、两个电芯库以及四个推出装置安装在平台上，支撑型材分别在四个角支撑平台并佩戴铝型材角码。电芯、端板分别提前放置在不同的料库中，并且在料库设置光纤传感器，检测原料的有无以及给机器人发送夹取信号。
58.进一步的，电芯组堆叠翻转机构包括：堆叠工位、l型堆叠底座、支架、回转气缸、夹紧工位、滑动气缸以及夹板；堆叠工位由l型底座连接到回转气缸，回转气缸固定在支架上；夹紧工位通过滑动气功股东在l型堆叠底座上，连接两侧的夹板来进行夹紧动作电芯组堆叠完成后进行翻转。
59.具体的，堆叠工位由l型底座连接到回转气缸，再将回转气缸固定在铝型材支架上。机器人分别夹取端板和电芯来完成堆叠工作，在堆叠完成之后电芯与端板之间会存在不平齐的现象，需要将电芯组进行夹紧对齐，设置一个夹紧机构，夹紧工位通过滑动气缸固定在堆叠底座上，连接两侧的夹板来进行夹紧动作电芯组堆叠完成后进行翻转。
60.进一步的，电芯组检测机构包括：直线位移传感器；直线位移传感器用于检测电芯
组的高度来判断是否合格。每次堆叠完成之后电芯组会存在不合格的产品，设置检测机构来模拟检验产品是否合格，此方案通过检测电芯组的高度来判断是否合格，检测机构主要由直线位移传感器来动作。
61.进一步的，模组顶板料库机构包括料库，及设置在料库中的光纤传感器，光纤传感器用于检测模组顶板的有无，起到缺料报警功能。
62.进一步的，锂电池模拟组装工业互联网实训平台还包括成品库；
63.成品库及电池模组组装机构包括：带有凹槽的平板，用于整个电池模组的装配工作；凹槽分为不同颜的区域来区分不同型号电池模组；拼接好的电池模组的底板侧板固定在凹槽内，目的是减少工业机器人的夹取工作，更加直观。
64.电芯模组的组装，其中包括电芯清洗、涂胶、端板和电芯组装等工序流程。组装按照下端板、电芯、上端板的顺序进行叠加组装，并进行涂胶固定，其中电芯组装前需要进行清洗工作。
65.进一步的，传感器模块包括电能传感器、温湿度传感器、原料库检测传感器、工件检测传感器、气缸到位检测传感器。
66.具体的，电能、温湿度传感器等通过rs48通讯与plc连接。传感器模块包含原料库检测、工件检测、气缸到位检测等，将平台设备状态采集到plc控制器中。
67.进一步的，阀组模块包括11个电控阀，其中阀组模块包括2个双电控阀， 9个单电控阀。双电控阀分别用来控制机器人末端执行器(夹爪)的夹取和电芯组堆叠翻转机构的翻转。单电控阀用来控制电极检测机构、电芯组检测机构、 cnc数控加工机构(开关门)、电池模组组装机构(底部有吸盘)、以及5个气缸推出装置的气缸的运动。其中5个气缸推出装置的4个位于电芯端板上料机构，1个位于自动拆分机构。
68.进一步的，机器人控制系统通过modbus tcp/ip协议与plc控制模块连接，进行数据的相互交互；cnc模拟加工系统通过工业以太网交换机以modbus tcp 协议与plc控制模块相连，进行盖板的cnc模拟加工；hmi触摸屏通过工业以太网交换机以ethernet协议与plc控制模块相连，可进行平台各机构状态监控、手动操作、报警状态监控等功能。plc中的数据传输协议包括ethernet、 modbus等协议，故采用opc协议把数据上传到工业以太网交换机中。
69.本平台包含ethernet/ip、opc、modbus rtu、modbus tcp/ip等通讯协议，覆盖了大部分工业设备主流通讯协议，提高了学习深度，解决了学习单一问题。
70.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中具体每一个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
71.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：
1.一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述锂电池模拟组装工业互联网实训平台包括：机械组件及电气系统；所述机械组件包括：教学支撑平台，及设置在所述教学支撑平台上的工业机器人机构、电芯端板上料机构、激光模拟涂胶机构、电芯组堆叠翻转机构、电极检测机构、电芯组检测机构、cnc数控加工机构、模组顶板料库机构、电池模组组装机构、自动拆分机构、阀组模块以及执行元件；所述电气系统包括：plc控制模块、通讯模块、用于控制所述工业机器人机构的工业机器人控制系统、用于控制所述数控加工机构的cnc模拟加工系统、控制面板模块、传感器模块、hmi触摸屏模块以及供电模块；所述通讯模块包括：工业互联网交换机和智能网关；所述工业机器人控制系统、所述传感器模块均与所述plc控制模块连接，所述hmi触摸屏模块以及所述cnc模拟加工系统通过所述工业互联网交换机与所述plc控制模块连接，所述工业互联网交换机与所述智能网关连接；所述智能网关用于对工业互联网交换机传出的数据进行采集和边缘计算，对不同通信协议进行解析，并将数据通过以太网传输到上位机或云平台；所述控制面板模块通过所述plc控制模块与所述cnc模拟加工系统连接；所述供电模块用于给所述plc控制模块、所述通讯模块、所述工业机器人控制系统、所述cnc模拟加工系统、所述控制面板模块、所述传感器模块以及所述hmi触摸屏模块提供电源。2.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述工业机器人机构包括：底座、安装在底座上的机器手臂、以及安装在机器手臂执行末端的夹爪。3.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述电芯端板上料机构包括：端板料库、电芯库、气缸推出装置、平台和支撑型材；所述端板料库、所述电芯库以及所述气缸推出装置均安装在所述教学支撑平台上；支撑型材分别在四个角支撑平台并佩戴铝型材角码；所述端板料库用于放置端板，所述电芯库用于放置电芯；所述端板料库和所述电芯库设置有光纤传感器，所述光纤传感器用于检测原料的有无以及给机器人发送夹取信号。4.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述电芯组堆叠翻转机构包括：堆叠工位、l型堆叠底座、支架、回转气缸、夹紧工位、滑动气缸以及夹板；所述堆叠工位由所述l型底座连接到所述回转气缸，所述回转气缸固定在所述支架上；所述夹紧工位通过所述滑动气缸固定在所述l型堆叠底座上，连接两侧的夹板来进行夹紧动作电芯组堆叠完成后进行翻转。5.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述电芯组检测机构包括：直线位移传感器；所述直线位移传感器用于检测电芯组的高度来判断是否合格。6.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述模组顶板料库机构包括料库，及设置在所述料库中的光纤传感器，所述光纤传感器用于检测模组顶板的有无。7.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述锂电
池模拟组装工业互联网实训平台还包括成品库；所述成品库及电池模组组装机构包括：带有凹槽的平板，用于整个电池模组的装配工作；凹槽分为不同颜的区域来区分不同型号电池模组，拼接好的电池模组的底板侧板固定在凹槽内。8.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述传感器模块包括电能传感器、温湿度传感器、原料库检测传感器、工件检测传感器、气缸到位检测传感器。9.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述阀组模块包括11个电控阀，用来控制气缸推出装置、机器人夹爪、电极检测机构、电芯组检测机构、cnc数控加工机构、电池模组组装机构、翻转机构的执行元件的运动。10.根据权利要求1所述的锂电池模拟组装工业互联网实训平台，其特征在于，所述机器人控制系统通过modbus tcp/ip协议与所述plc控制模块连接；所述cnc模拟加工系统通过所述工业以太网交换机以modbus tcp协议与所述plc控制模块相连；所述hmi触摸屏通过所述工业以太网交换机以ethernet协议与所述plc控制模块相连。
技术总结
本申请涉及工业互联网教学技术领域的一种锂电池模拟组装工业互联网实训平台，该平台包括：机械组件，包括教学支撑平台，及设置在教学支撑平台上的工业机器人机构、电芯端板上料机构、激光模拟涂胶机构、电芯组堆叠翻转机构、电极检测机构、电芯组检测机构、CC数控加工机构、模组顶板料库机构、电池模组组装机构、自动拆分机构、阀组模块；电气系统中的工业机器人控制系统和传感器模块与PLC控制模块连接，HMI触摸屏模块和CC模拟加工系统通过工业交换机与PLC控制模块连接，工业交换机与智能网关连接。本平台硬件设备丰富，采用工业交换机、智能网关将各模块设备用以太网连接起来，集中控制，提高了设备间的可集成性。提高了设备间的可集成性。提高了设备间的可集成性。
