CN111558951B - 软包电池机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种软包电池机械手，涉及软包电池生产设备领域。本发明的软包电池机械手包括与升降机构相连，用于支撑夹具的支撑架；安装在支撑架上，用于夹持软包电池的夹具；升降机构，用于带动支撑架沿竖直方向升降；所述夹具包括沿水平方向排布的第一组夹持机构、第二组夹持机构以及将第一组夹持机构和第组二夹持机构连接，并以长度伸缩变形的方式调节第一夹持机构和第二夹持机构在水平方向上的间距的变距机构。本发明的软包电池机械手可以解决现有技术的软包电池机械手对软包电池的夹持不够稳定，容易使电池在夹持过程中晃动甚至掉落，造成电池表面划伤、夹坏，从而使电池损伤率高，且操作效率低的技术问题。

Description

软包电池机械手

技术领域

本发明属于软包电池生产设备领域，具体是一种软包电池机械手。

背景技术

软包电池具有安全性好，质量轻，能量密度高，电化学性能良好，寿命长的优点。但是由于软包电池对于表面要求极高，同时软包电池表面材料为铝膜，极易受到损伤。目前软包电池换盘、装盘作业主要采用人工作业模式。为了提高作业效率逐步采用机械手对软包电池进行自动换盘、装盘操作。在现有技术中机械手的进行自动换盘、装盘作业时，夹取方式一般为直接夹取电池气袋，然后将其放置在下道工序所用托盘上，从而完成软包电池的换盘、装盘作业。但是现有在换盘、装盘过程中对软包电池的夹持不够稳定，容易使电池在夹持过程中晃动甚至掉落，造成电池表面划伤、夹坏，并且机械手一次只能夹取一个电池进行自动换盘和装盘操作，其操作效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种软包电池机械手用以解决现有技术的软包电池机械手对软包电池的夹持不够稳定，容易使电池在夹持过程中晃动甚至掉落，造成电池表面划伤、夹坏，从而使电池损伤率高，且操作效率低的技术问题。

本发明提供的软包电池机械手包括：

与升降机构相连，用于支撑夹具的支撑架；

安装在支撑架上，用于夹持软包电池的夹具；

升降机构，用于带动支撑架沿竖直方向升降；

所述夹具包括沿水平方向排布的第一组夹持机构、第二组夹持机构以及将第一组夹持机构和第组二夹持机构连接，并以长度伸缩变形的方式调节第一夹持机构和第二夹持机构在水平方向上的间距的变距机构；

所述第一组夹持机构和/或第二组夹持机构包括用于夹持电池气袋的第一级夹持机构和用于夹持电池主体的第二级夹持机构。

优选地，所述第二级夹持机构包括第二夹爪和用于驱动第二夹爪张开和闭合的第二驱动机构。

优选地，所述第二夹爪包括至少一对相互配合的爪体，所述第二驱动机构包括气缸和由气缸推动的移动块，所述移动块在气缸的推动下带动第二夹爪中相互配合的爪体合拢或者分开。

优选地，所述第二级夹持机构还包括连接架、导轨和与所述连接架对应的滑块，所述滑块分别与所述连接架和所述移动块连接，所述滑块与导轨滑动连接，所述滑块在移动块的带动下沿导轨的导向方向滑动，所述连接架上设置有至少两个沿与滑块滑动方向垂直的方向排布的爪体。

优选地，所述变距机构包括第一组件和第二组件，所述第一组件与第一组夹持机构连接，所述第二组件与第二组夹持机构连接，所述第一组件包括第一伸缩部件，所述第二组件包括第二伸缩部件，所述第一伸缩部件在相对第二伸缩部件沿水平方向移动的同时带动第一组件的其余部分相对第一组件沿水平方向移动以使所述第一组件相对第二组件伸缩活动，使变距机构自身产生伸缩变形。

优选地，所述第一伸缩部件为活塞杆，所述第二伸缩部件为气缸，所述活塞杆上形成活塞的一端插入气缸中。

优选地，还包括控制器和设置在第一级夹持机构的夹爪上的检测位置朝向软包电池的在位检测传感器，所述在位检测传感器的信号输出端与控制器的信号输入端电连接。

优选地，还包括控制器和设置在第一级夹持机构的夹爪的外侧的占位检测传感器，所述占位检测传感器在检测时朝向托盘上放置软包电池的位置。

优选地，所述支撑架包括沿竖直方向设置的与升降机构连接的第一基板和由第一基板的底部沿水平方向延伸的用于安装夹具的第二基板，所述第一基板和第二基板通过直角三角形框架相连。

优选地，所述直角三角形框架上形成有第一减重槽和第二减重槽，所述第一减重槽和第二减重槽之间形成有由直角三角形框架的直角延伸至直角三角形框架的斜边的支撑杆，所述第二基板上形成有第一减重槽。

有益效果：本发明的软包电池机械手采用两级夹持机构来分别夹持软包电池的电池袋和电池主体，将夹持力合理分散在软包电池的不同区域，使作用在软包电池各个区域的夹持力减小，可以有效避免软包电池被架坏。在电池气袋位置和电池主体位置分别对软包电池进行夹持可以避免机械手在移动电池气袋时电池气袋晃动造成软包电池划伤和摔落，从而显著降低电池损伤率。并且本发明的机械手采用两组夹持机构的方式，使一个机械手在一次作业过程中可以同时完成两个电池的换盘和装盘作业，使软包电池换盘和装盘的效率成倍增加，并利用变距机构调整第一夹持机构和第二夹持机构之间的间距，使同一个机械手在同一次换盘和装盘操作中可以准确按照电池的放置工位将电池放置在下一道工序的托盘中。

附图说明

图1为本发明的软包电池机械手的三维结构图；

图2为本发明的软包电池机械手的夹具部分的结构示意图；

图3为本发明的软包电池机械手的第一组夹持机构的结构示意图；

图4为本发明的软包电池机械手的变距机构的结构示意图；

图5为本发明的软包电池机械手的支撑架的结构示意图；

图中零件部件及编号：升降机构100、支撑架200、第一基板210、第二基板220、直角三角形框架230、第一减重槽231、第二减重槽232、支撑杆233、夹具300、变距机构310、第一伸缩部件311、第二伸缩部件312、第一组夹持机构320、第二组夹持机构330、第二夹爪331、第二驱动机构332、移动块3321、连接架333、第一级夹持机构334、软包电池4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的软包电池机械手，包括：

与升降机构100相连，用于支撑夹具300的支撑架200；

安装在支撑架200上，用于夹持软包电池4的夹具300；

升降机构100，用于带动支撑架200沿竖直方向升降；

所述夹具300包括沿水平方向排布的第一组夹持机构320、第二组夹持机构330以及将第一组夹持机构320和第组二夹持机构连接，并以长度伸缩变形的方式调节第一夹持机构和第二夹持机构在水平方向上的间距的变距机构310；

所述第一组夹持机构320和/或第二组夹持机构330包括用于夹持电池气袋的第一级夹持机构334和用于夹持电池主体的第二级夹持机构。

其中升降机构100用于带动支撑架200做升降运动，以带动安装在支撑架200上的夹具300整体沿竖直方向做升降运动。升降机构100可以采用电机带丝杠螺母的形式，也可以采用液压缸或者气缸来驱动支撑架200和夹具300升降。

夹具300本实施例的机械手是夹持软包电池4的机构。本实施例的夹具300采用多工位的模式，即一个夹具300中包含了多组夹持机构，具体可以包括第一组夹持机构320、第二组夹持机构330。

第一组夹持机构320和第二组件夹持机构之间通过变距机构310连接。变距机构310可以以伸缩的方式改变自身的长度，而第一组夹持机构320和第二组夹持机构330之间的间距可以随着变距机构310长度的伸缩而改变。这样通过与第一组夹持机构320和第二组夹持机构330相连的变距机构310，可以灵活调整第一组夹持机构320和第二组夹持机构330之间的间距，从而调整第一组夹持机构320和第二组夹持机构330所夹持的两块电池的间距，以实现同一个机械手在同一次换盘和装盘操作中可以准确按照电池的放置工位，将两块电池放置在下一道工序的托盘中。

在其它实施例中还可以根据实际需要增加夹持机构的组数，用于夹持更多的软包电池4，各组夹持机构之间可以采用本实施例中的变距机构310进行连接，以根据放置工位调整各个软包电池4之间的间距。

软包电池4包括电池气袋和电池主体两个部分。如图3所示，本实施例的软包电池4机械手采用由第一级夹持机构334和第二级夹持机构组成的两级夹持机构来夹持软包电池4。夹持时软包电池4的电池气袋朝上，而电池主体朝下。两级夹持机构分别夹持软包电池4的电池袋和电池主体，可以将夹持机构对软包电池4的夹持力合理分散在软包电池4的不同区域，使作用在软包电池4各个区域的夹持力减小，可以有效避免软包电池4被架坏。同在电池气袋位置和电池主体位置对软包电池4进行夹持可以避免机械手在移动电池气袋时时电池气袋晃动造成软包电池4划伤和摔落。

具体地，所述第二级夹持机构包括第二夹爪331和用于驱动第二夹爪331张开和闭合的第二驱动机构332。

其中第二驱动机构332可以是气缸，也可以是电机，液压缸等驱动机构。

当第二夹爪331张开时第二级夹持机构放开电池气袋，当第二夹爪331闭合时第二级夹持机构夹持住电池气袋。

第二驱动机构332驱动夹爪的具体方案为：所述第二夹爪331包括至少一对相互配合的爪体，所述第二驱动机构332包括气缸和由气缸推动的移动块3321，所述移动块3321在气缸的推动下带动第二夹爪331中相互配合的爪体合拢或者分开。

在本实施例中的两个爪体可以在气缸的带动下沿同一直线方向移动。具体的可以采用由气缸推动的两个移动块3321来带动两个爪体移动。当相互配合的两个爪体朝相互远离的方向移动时第二夹爪331张开。当相互配合的两个爪体朝相互靠近的方向移动时第二夹爪331闭合。

作为一种优选的实施方式，所述第二级夹持机构还包括连接架333、导轨和与所述连接架333对应的滑块，所述滑块分别与所述连接架333和所述移动块3321连接，所述滑块与导轨滑动连接，所述滑块在移动块3321的带动下沿导轨的导向方向滑动，所述连接架333上设置有至少两个沿与滑块滑动方向垂直的方向排布的爪体。

本实施中采用连接件将排布在不同位置的爪体连接在一起，通过滑块带动连接件移动来带动位于软包电池4同一侧的多个爪体同时移动，同时对软包电池4进行夹持。

此外，连接件上相邻两个爪体之间的部分向与软包电池4相对的一侧凸起，这样可以降低两个爪体之间的连接部分的刚度，使相邻两个爪体同时夹持软包电池4时，连接部分可以产生适当的变形协调，使两个爪体都能很好的与软包电池4贴合，进一步增加了多个夹爪夹持软包电池4的稳定性和可靠性。

此外第一级夹持机构334的结构也可以采用本实施例中与第二级夹持机构相同或者近似的方案。

采用两级夹持机构夹持软包电池4时，可以利用第一级夹持机构334和第二级夹持机构分别在第一夹持区域和第二夹持区域对软包电池4进行夹持，并使第一夹持区域和第二夹持区域位于软包电池4重心沿竖直方向的两侧。这样可以在第一夹持区域和第一夹持区域形成绕重心位置转动的方向相反的力矩，这样在移动软包电池4的过程中两个夹持区域所产生的力矩可以相互抵消，避免了软包电池4在重力和惯性作用下产生晃动，甚至摔落的情况。

实施例2

如图4所示，在本实施例中，所述变距机构310包括第一组件和第二组件，所述第一组件与第一组夹持机构320连接，所述第二组件与第二组夹持机构330连接，所述第一组件包括第一伸缩部件311，所述第二组件包括第二伸缩部件312，所述第一伸缩部件311在相对第二伸缩部件312沿水平方向移动的同时带动第一组件的其余部分相对第一组件沿水平方向移动以使所述第一组件相对第二组件伸缩活动，使变距机构310自身产生伸缩变形。

当第一伸缩部件311朝着远离第二伸缩部件312的方向相对移动时，带动第一组件朝着远离第二组件的方向相对移动，这时整个变距机构310自身的长度伸长，第一组夹持机构320和第二组夹持机构330之间的工位间隙变大。

当第一伸缩部件311朝着靠近第二伸缩部件312的方向相对移动时，带动第一组件朝着远离第二组件的方向相对移动，这时整个变距机构310自身的长度缩短，第一组夹持机构320和第二组夹持机构330之间的工位间隙变小。

具体地，所述第一伸缩部件311为活塞杆，所述第二伸缩部件312为气缸，所述活塞杆上形成活塞的一端插入气缸中。这样通过活塞杆相对气缸的伸缩活动来实现变距机构310长度的改变，其伸缩动作快速准确，可以快速调节第一组夹持机构320和第二组夹持机构330之间的间距。

实施例3

本实施例的软包电池机械手还包括控制器和设置在第一级夹持机构334的夹爪上的检测位置朝向软包电池4的在位检测传感器，所述在位检测传感器的信号输出端与控制器的信号输入端电连接。

在换盘、装盘操作中，软包电池4可能由于夹持不稳而产生下滑的情况，针对这一情况，在本实施例中，可以在夹持软包电池4第一级夹持机构334的夹爪上设置若干个在位检测传感器，其中在位检测传感器可以采用光纤式传感器。在位检测传感器的检测位置朝向软包电池4方向。本实施例利用在位检测传感器对软包电池4相对于机械手夹爪的位置进行实时检测，并将检测结果传送给控制器，控制器判断软包电池4相对于机械手夹爪的当前位置是在预设的位置范围内，即判断软包电池4是否出现了明显下滑的情况。

如果在移动软包电池4的过程中，检测到软包电池4相对于机械手夹爪的位置已经超出预设的位置范围，表明软包电池4出现了下滑的情况，这时立即停止移动软包电池4，并产生一个报警信号，通知操作人员进行处理。如果在移动过程中检测到的软包电池4的相对位置没有超出预设的位置范围，则继续进行换盘、装盘的操作，直至顺利将软包电池4准确放入下一道工序的托盘中。

实施例4

本实施例的软包电池机械手还包括控制器和设置在第一级夹持机构334的夹爪的外侧的占位检测传感器，所述占位检测传感器在检测时朝向托盘上放置软包电池4的位置。

其中夹爪的外侧是指夹爪远离软包电池4的一侧。

其中占位检测传感器用于自动检测放置位处是否已经有软包电池4，并将检测的信息传送给控制器进行处理，这样可以确保放置位无电池后再放入电池，避免在放入过程中损坏软包电池4。具体地，所述占位检测传感器采用漫反射光电传感器。

具体检测过程为：占位检测传感器的光发射器件始终发射检测光，若占位检测传感器下方没有软包电池4，则没有光被反射到接收器，占位检测传感器不会产生触发信号，这时控制器可以控制器机械手进行装盘作业；反之，若接若占位检测传感器下方有软包电池4，则占位检测传感器接收到软包电池4的漫反射光后产生触发信号，以表明托盘上的软包电池4放置位置已经有软包电池4，此时不进行装盘作业。实施例3和实施例4的控制器可以是PLC，单片机和工控机等。

实施例5

由于支撑架200承受了整个夹具300的重量，因此支撑架200强度和刚度对软包电池机械手的稳定性和可靠性有着较大的影响。

如图5所示，在本实施例中所述支撑架200包括沿竖直方向设置的第一基板210和有第一基板210的底部沿水平方向延伸的第二基板220，所述第一基板210和第二基板220通过直角三角形框架230相连。

其中竖直方向设置的第一基板210用于与升降机构100的移动部件连接，该移动部件可以是滑块。水平方向设置的第二基板220用于为安装夹具300。第一基板210和第二基板220相互垂直，第一基板210和第二基板220之间通过直角三角形框架230连接固定，可以使第一基板210上远离第二基板220的一端受到约束，让第一基板210和第二基板220作为一个整体受力，使夹具300加载到第一基板210上的力更加分散，减少了支架沿单一方向尤其是竖直方向的弹性形变，避免了第一基板210集中受力，增加了支架的承载能力，也避免了第一基板210远离第二基板220的一端产生过度形变，影响支撑架200的刚性。

优选地，所述直角三角形框架230上形成有第一减重槽231和第二减重槽232，所述第一减重槽231和第二减重槽232之间形成有由直角三角形框架230的直角延伸至直角三角形框架230的斜边的支撑杆233，所述第二基板220上形成有第一减重槽231。

在三角形框架和第二基板220上设置减重槽可以减轻结构重量，节省材料，减小作用在软包电池机械手上的载荷，避免出现结构变形和破坏的情况。但是不恰当的减重槽的设计，也会破坏结构的强度和刚度。在本例中，直角三角形框架230的减重槽被分割成第一减重槽231和第二减重槽232两个部分，在两个减重槽之间设置由直角至三角形斜边的支撑杆233，可以将斜边的一部分载荷分散到强度和刚度更高的两直角边交接的直接处，这样的设计在不显著减小减重槽总体积的基础上，避免了三角形框架出现大片连续的中空结构，同时将抗弯能力较弱的斜边的载荷分散到刚度高的直角处，巧妙利用支撑架200的结构特点来提高支撑架200的整体结构刚度和强度。

以上对本发明所提供的软包电池机械手进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.软包电池机械手，其特征在于，包括：

与升降机构相连，用于支撑夹具的支撑架；

安装在支撑架上，用于夹持软包电池的夹具；

升降机构，用于带动支撑架沿竖直方向升降；

所述夹具包括沿水平方向排布的第一组夹持机构、第二组夹持机构以及将第一组夹持机构和第组二夹持机构连接，并以长度伸缩变形的方式调节第一夹持机构和第二夹持机构在水平方向上的间距的变距机构；

所述第一组夹持机构和/或第二组夹持机构包括用于夹持电池气袋的第一级夹持机构和用于夹持电池主体的第二级夹持机构；

所述变距机构用于调整第一组夹持机构和第二组夹持机构所夹持的两块电池的间距，以实现同一个机械手在同一次换盘和装盘操作中准确按照电池的放置工位将两块电池放置在下一道工序的托盘中；

所述第一级夹持机构和第二级夹持机构分别在第一夹持区域和第二夹持区域对软包电池进行夹持，并使第一夹持区域和第二夹持区域位于软包电池重心沿竖直方向的两侧；

还包括控制器和设置在第一级夹持机构的夹爪上的检测位置朝向软包电池的在位检测传感器，所述在位检测传感器的信号输出端与控制器的信号输入端电连接；

所述在位检测传感器为光纤式传感器，所述在位检测传感器的检测位置朝向软包电池方向，所述在位检测传感器用于对软包电池相对于机械手夹爪的位置进行实时检测，并将检测结果传送给控制器，控制器判断软包电池相对于机械手夹爪的当前位置是在预设的位置范围内，如果在移动软包电池的过程中，检测到软包电池相对于机械手夹爪的位置已经超出预设的位置范围，表明软包电池出现了下滑的情况；

所述第二级夹持机构还包括连接架、导轨和与所述连接架对应的滑块，所述滑块分别与所述连接架和所述移动块连接，所述滑块与导轨滑动连接，所述滑块在移动块的带动下沿导轨的导向方向滑动，所述连接架上设置有至少两个沿与滑块滑动方向垂直的方向排布的爪体，所述连接架上相邻两个爪体之间的部分向与软包电池相对的一侧凸起。

2.根据权利要求1所述的软包电池机械手，其特征在于：所述第二级夹持机构包括第二夹爪和用于驱动第二夹爪张开和闭合的第二驱动机构。

3.根据权利要求2所述的软包电池机械手，其特征在于：所述第二夹爪包括至少一对相互配合的爪体，所述第二驱动机构包括气缸和由气缸推动的移动块，所述移动块在气缸的推动下带动第二夹爪中相互配合的爪体合拢或者分开。

4.根据权利要求1所述的软包电池机械手，其特征在于：所述变距机构包括第一组件和第二组件，所述第一组件与第一组夹持机构连接，所述第二组件与第二组夹持机构连接，所述第一组件包括第一伸缩部件，所述第二组件包括第二伸缩部件，所述第一伸缩部件在相对第二伸缩部件沿水平方向移动的同时带动第一组件的其余部分相对第一组件沿水平方向移动以使所述第一组件相对第二组件伸缩活动，使变距机构自身产生伸缩变形。

5.根据权利要求4所述的软包电池机械手，其特征在于，所述第一伸缩部件为活塞杆，所述第二伸缩部件为气缸，所述活塞杆上形成活塞的一端插入气缸中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的软包电池机械手，其特征在于，还包括控制器和设置在第一级夹持机构的夹爪上的检测位置朝向软包电池的在位检测传感器，所述在位检测传感器的信号输出端与控制器的信号输入端电连接。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的软包电池机械手，其特征在于，所述支撑架包括沿竖直方向设置的与升降机构连接的第一基板和由第一基板的底部沿水平方向延伸的用于安装夹具的第二基板，所述第一基板和第二基板通过直角三角形框架相连。

8.根据权利要求7所述的软包电池机械手，其特征在于，所述直角三角形框架上形成有第一减重槽和第二减重槽，所述第一减重槽和第二减重槽之间形成有由直角三角形框架的直角延伸至直角三角形框架的斜边的支撑杆，所述第二基板上形成有第一减重槽。

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