一种太阳能电池组件上下料搬运机械手，用以在太阳能电池组件生产过程中实现上下料功能。其特征是由机械手机构I、水平运动单元II、两组垂直运动单元III、托盘升降机构IV和机身V组成。其中机械手机构采用铝合金框架组合结构且在其上安装多组吸盘组件，可实现不同规格太阳能电池组件的安全搬运。水平运动单元和垂直运动单元均采用伺服电机作为驱动，分别经同步齿形带、滚珠丝杠副驱动机械手机构，实现水平和垂直方向精确运动定位，且两方向运动单元可单独或同时运动。位置伺服控制系统采用由人机交互层、运动控制层、伺服控制层构成的层次化控制结构。该搬运机械手工作空间大、定位精度高、运动惯量小、运行可靠平稳，适合搬运不同规格的大尺寸、易碎型太阳能电池组件。
1.一种太阳能电池组件上下料搬运机械手，包括机械手机构(I)、水平运动单元(II)、两组垂直运动单元(III)、托盘升降机构(IV)和机身(V)；其特征在于：机械手机构包括吸盘定位支撑板(1)、吸盘组件(2)、机械手支架(3)、料位传感器(4)；
吸盘定位支撑板(1)带有沟槽，且与机械手支架(3)之间固联，吸盘组件(2)与吸盘定位支撑板(1)之间采用可调螺纹连接，料位传感器(4)与机械手支架(3)固联；
水平运动单元包括左限位挡块(5)、左极限开关(6)、第一滑座(7)、同步齿形带(8)、第一直线导轨(9)、同步带轮(10)、右极限开关(11)、右限位挡块(12)和X向伺服电机(13)；
第一直线导轨(9)采用多根横梁组合结构，安装在机身上，第一滑座(7)与第一直线导轨(9)构成滑动连接，左限位挡块(5)和右限位挡块(12)与第一直线导轨(9)固联，左极限开关(6)和右极限开关(11)分别固定在左限位挡块(5)和右限位挡块(12)上，两个同步带轮(10)分别安装在第一直线导轨(9)的两端，第一滑座(7)与同步齿形带(8)固联，X向伺服电机(13)安装在第一直线导轨(9)一端；
采用两组垂直运动单元，对称地装配在机械手机构上；每组垂直运动单元包括第二直线导轨(14)、第二滑座(15)、滚珠丝杠螺母副(16)和Z向伺服电机(17)；第二直线导轨(14)与第二滑座(15)构成滑动连接，第二直线导轨(14)与机械手机构通过连接法兰(18)固联，Z向伺服电机(17)与滚珠丝杠螺母副(16)直接相连，第二滑座(15)与滚珠丝杠螺母副(16)的螺母固联，第二滑座(15)与水平运动单元滑座(7)通过连接板(19)固联；
托盘升降机构包括托盘护栏(20)、托盘支架(21)、气缸(22)和托盘定位挡板(23)；气缸(22)共有四个，通过托盘支架(21)相互连接，且相互平行放置，托盘支架(21)与气缸(22)外表面固联，托盘支架(21)两侧均安装了托盘护栏(20)，托盘定位挡板(23)安装在托盘支架(21)的一端；
机械手机构、水平运动单元、垂直运动单元和机身构成的机械本体与托盘升降机构相互独立。
2.如权利要求1所述的太阳能电池组件上下料搬运机械手，其特征在于：所述机械手机构上吸盘组件(2)之间相对位置能够调节。
一种太阳能电池组件上下料搬运机械手
技术领域
[0001] 本发明属于工业机械手技术领域，涉及一种工业用机械手，是在太阳能电池组件生产过程中实现上下料功能的一种搬运机械手。
背景技术
[0002] 随着太阳能光电技术及其产业的不断发展，太阳能电池组件生产规模在不断扩大，实现其生产过程各环节的自动化具有重要意义。但目前国内太阳能电池组件生产过程中上下料环节的自动化还存在一定缺陷，例如太阳能电池组件的上下料仍然需要人工完成，由于太阳能电池组件体积和重量较大且易碎，上下料工作存在劳动强度大、操作不便、容易损坏、生产效率低等问题。
[0003] 目前，也有许多搬运机械手产品，因其末端执行器采用的形式和结构参数主要是依据具体的搬运对象而确定，且这些搬运机械手的末端执行器一般较小，在保证太阳能电池组件安全可靠的搬运方面存在一定难度。
发明内容
[0004] 针对上述太阳能电池组件生产线上下料过程中存在的缺陷和已有技术的不足，本发明提供了一种能够完成太阳能电池组件上下料的搬运机械手，该搬运机械手具有结构简单、运行可靠平稳、定位精度高等特点，可实现Z向升降和X向左右往复等两种运动，利用机械手机构与托盘升降机构共同完成太阳能电池组件的上下料操作。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 该太阳能电池组件上下料搬运机械手包括机械手机构、水平运动单元、两组垂直运动单元、托盘升降机构和机身。机械手机构、水平运动单元、垂直运动单元和机身构成的机械本体与托盘升降机构相互独立。
[0007] 机械手机构包括吸盘定位支撑板、吸盘组件、机械手支架、料位传感器；吸盘定位支撑板带有沟槽，且与机械手支架之间固联，吸盘组件与吸盘定位支撑板之间采用可调螺纹连接，料位传感器与机械手支架固联。
[0008] 水平运动单元包括左限位挡块、左极限开关、滑座、同步齿形带、直线导轨、同步带轮、右极限开关、右限位挡块和X向伺服电机；直线导轨采用多根横梁组合结构，安装在机身上，滑座与直线导轨构成滑动连接，左限位挡块和右限位挡块与直线导轨固联，左极限开关和右极限开关分别固定在左限位挡块和右限位挡块上，两个同步带轮分别安装在直线导轨的两端，滑座与同步齿形带固联，X向伺服电机安装在直线导轨一端，通过同步齿形带与滑座相连。
[0009] Z向采用两组垂直运动单元，对称安装在机械手机构上。每组垂直运动单元包括直线导轨、滑座、滚珠丝杠螺母副和Z向伺服电机；直线导轨与滑座构成滑动连接，直线导轨与机械手机构通过连接法兰固联，Z向伺服电机与滚珠丝杠螺母副直接相连，滚珠丝杠螺母副与滑座固联，滑座与水平运动单元滑座通过连接板固联。
[0010] 托盘升降机构包括托盘护栏、托盘支架、气缸和托盘定位挡板；气缸共有四个，通过托盘支架相互连接，且相互平行放置，托盘支架与气缸固联，托盘支架两侧均安装了托盘护栏，托盘定位挡板固定在托盘支架的一端。
[0011] 本发明的效果和益处是：
[0012] (1)多组吸盘组件之间的相对位置可以调节，适应不同规格太阳能电池组件的搬运操作，且多组吸盘组件可保证吸附过程中太阳能电池组件均匀受力，能够安全可靠地完成太阳能电池片的上下料。
[0013] (2)对称安装的两组垂直运动单元，可以保证垂直运动单元在搬运过程中受力均衡，避免产生弯矩。
[0014] (3)具有结构简单、工作空间大、定位精度高、运行可靠平稳等特点。
[0015] (4)降低了劳动强度，提高了劳动生产率，避免了人工搬运造成的高碎片率。
附图说明
[0016] 图1是本发明的结构示意图。
[0017] 图2是本发明的机械手机构结构示意图。
[0018] 图3是本发明的水平运动单元结构示意图。
[0019] 图4是本发明的垂直运动单元结构示意图。
[0020] 图5是本发明的垂直运动单元与机械手机构装配体结构示意图。
[0021] 图6是本发明的托盘升降机构结构示意图。
[0022] 图中：
[0023] I机械手机构，II水平运动单元，III垂直运动单元，IV托盘升降机构，[0024] V机身。
[0025] 1 吸盘定位支撑板，2 吸盘组件，3 机械手支架，4 料位传感器；
[0026] 5 左限位挡块，6 左极限开关，7 第一滑座，8 同步齿形带，9 第一直线导轨，[0027] 10 同步带轮，11 右极限开关，12 右限位挡块，13 X向伺服电机，[0028] 14 第二直线导轨，15 第二滑座，16 滚珠丝杠螺母副，17 Z向伺服电机，[0029] 18 连接法兰，19 连接板，20 托盘护栏，21 托盘支架，22 气缸，[0030] 23 托盘定位挡板。
具体实施方式
[0031] 下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
[0032] 本发明的太阳能电池组件上下料搬运机械手由机械手机构I、水平运动单元II、两组垂直运动单元III、托盘升降机构IV和机身V组成，机械手机构采用铝合金型材框架组合结构，利用真空吸盘作为施加夹持力主体，各吸盘之间相对位置可以调节。水平运动单元由X向伺服电机通过同步齿形带减速机构驱动机械手机构作水平往复运动。垂直运动单元由Z向伺服电机通过滚珠丝杠螺母副驱动机械手机构升降运动。最终由托盘升降机构和机械手机构共同完成太阳能电池组件的上下料操作。
[0033] 具体动作过程如下：
[0034] 托盘升降机构的运动：将托盘放置在托盘支架21上，托盘定位挡板23确定托盘在托盘支架21上位置，托盘放置后，向四个气缸22通入一定压力的气体，四个气缸22将带动托盘支架21同步向上升起，两侧的托盘护栏20用来防止在升降的过程中太阳能电池组件侧滑损坏。
[0035] X向运动：X向伺服电机13通过同步齿型带轮减速机构与第一滑座7相连，经同步齿形带8带动第一滑座7在第一直线导轨9上滑动，水平运动单元中第一滑座7通过垂直运动单元带动机械手运动，从而实现搬运机械手的X向运动，当X向运动遇到左极限开关6或者右极限开关11时，搬运机械手停止运动，当左极限开关6或者右极限开关11失效时，左限位挡块5和右限位挡块12将强制搬运机械手停止运动。
[0036] Z向运动：由两组垂直运动单元的同步运动实现，Z向伺服电机17通过滚珠丝杠螺母副16使第二直线导轨14与第二滑座15之间产生相对运动，通过两个Z向伺服电机17同步运动从而实现搬运机械手的Z向运动，当搬运机械手向下定位未能正确完成时，为了防止机械手机构破坏太阳能电池组件，在机械手机构下方安装一个料位传感器4，当料位传感器4触发时，立即迫使搬运机械手停止运动，其中滚珠丝杠螺母副16具有自锁能力，防止在太阳能电池组件重力作用下出现反转下降现象。
[0037] 太阳能电池组件吸取动作实现：机械手自动运行过程依靠软件实现其精确定位，当机械手机构定位完成时，X和Z向运动停止，多组吸盘组件2同时吸附太阳能电池组件。在真空吸盘气源总路线上装了一个真空压力表，用来监测实时的压力值，判断当前压力是否满足吸取太阳能电池组件所需要的压力或者释放时是否达到要求值，从而保证吸附和释放过程中操作的安全性。当太阳能电池组件规格发生变化时，通过吸盘定位支撑板上沟槽调整吸盘组件2之间相对位置能够调节，保证能够安全可靠地吸取太阳能电池组件。
[0038] 本发明的太阳能电池组件上下料搬运机械手采用可编程序控制器与触摸屏联合控制方式，选用位置控制模式。控制系统由三个层次构成，即：人机交互层(触摸屏)、运动控制层(可编程序控制器)与伺服控制层。人机交互层(触摸屏)用于进行任务规划和参数设置，形成搬运机械手运动所需空间参数，包括起点、终点等参数，并负责控制系统的实时监控方面的工作。运动控制层(可编程序控制器)是可编程序控制器利用“MAP SERV”指令库的功能块，根据设定的程序及其参数向驱动器输出方向和位置脉冲信号，实现机械手的运动控制。伺服控制层以运动控制层的位置信号作为给定，以测量到的伺服电机实际位置作为反馈，实现位置伺服控制。
