CN112847342B - 一种纠偏机械手及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纠偏机械手及其控制方法。机械手包括：主架板，纠偏部；纠偏部在电驱动下，带动吸盘板沿所述滑轨相对于所述主架板的水平板一起滑动；与吸盘板连接的凸轮轴，凸轮轴转动以驱动所述吸盘板以所述转轴旋转中心相对于所述主架板的水平板偏转一角度。基于本发明提供的纠偏机械手，纠偏在一个平面内通过旋转和平移动作就可以完成，可以极大地提高了纠偏的灵活性。同时，还可以极大地缩小了系统的体积。

Description

一种纠偏机械手及其控制方法

技术领域

本发明涉及工业自动化控制技术领域，具体涉及一种锂电池自动化加工流水线中的纠偏机械手及其控制方法。

背景技术

锂电池由于其优良储能性能被广泛地用于以手机、电动汽车、无人机等代表的工业品和消费品。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

在申请号为CN201820361810.3的实用新型专利申请中，提出了一种对锂电池和隔膜加工的自动化流水线雏形，其中的叠片台流转线，包括多个叠片台，当所述叠片台流转线旋转时，多个叠片台在叠片台流转线上沿着固定方向循环转动；旋转机械手设置在所述叠片台流转线上,通过旋转操作依次向叠片台上放置底层隔膜、第一极片、中层隔膜、第二极片。

上述专利中的锂电池加工的流水线可以满足对锂电池极片加工的一般要求，但是在锂电池自动化加工过程中如何设计产线，以使产线适应不同的加工要求，提高锂电池中电芯和隔膜的加工良率，降低成本，以更加高效、安全的生产仍然是产业界需要研究的课题。

发明内容

基于对上述技术问题的研究，本发明提出一种纠偏机械手，包括：主架板，所述主架板具有相互垂直的第一面(底板)和第二面(竖直面)；通过滑轨可以滑动地设置于所述底架板的纠偏部，所述纠偏部通过转轴与吸盘板连接；所述纠偏部在电驱动下，带动所述与吸盘板沿所述滑轨相对于所述第一面一起滑动；与所述吸盘板连接的凸轮轴，所述凸轮轴转动以驱动所述吸盘板以所述转轴旋转中心相对于所述底架板偏转一角度。

本发明的另一方面，提供一种纠偏机械手的控制方法，包括如下步骤：吸取步骤，控制吸盘板吸取极片；姿态采集步骤，控制拍摄装置采集所述极片的姿态；纠偏步骤，根据所述姿态采集步骤获得的极片的姿态，控制θ轴伺服电机和Y轴电缸将吸盘板平动和/或转动至标准姿态；平移步骤，控制X轴直线电机,使吸盘板沿滑轨平移至预定位置；放置步骤，控制Z轴伺服电机放置所述极片。

本实施例具有如下有益效果：

第一方面，纠偏在一个平面内通过旋转和平移动作就可以完成，就可以完成，极大地提高了纠偏的灵活性。

第二方面，只需要通过调整θ轴伺服电机和Y轴电缸两个自由度参数就可以调整极片的姿态极大地缩小了系统的体积；可以支持多个机械手同时叠片。

第三方面，X轴驱动可以控制极片的叠片间距，自由控制叠片放置的位置和极片的间隔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的锂电池加工流水产线示意图；

图2为本发明实施例提供的锂电池加工流水产线结构示图；

图3为本发明实施例提供的锂电池加工流水产线结构正视图；

图4为本发明实施例提供的锂电池加工流水产线结构部分视图；

图5为本发明实施例提供的锂电池加工流水产线结构部分视图；

图6为本发明实施例提供的锂电池加工流水产线结构部分视图；

图7为本发明实施例提供的用于锂电池加工的辊压机结构视图；

图8为本发明实施例提供的用于锂电池加工的辊压机结构正视图；

图9为本发明实施例提供的用于锂电池加工的辊压机结构爆炸视图；

图10为本发明实施例提供的用于锂电池加工的辊压机结构部分视图；

图11为本发明实施例提供的用于锂电池加工的辊压机结构部分视图；

图12为本发明实施例提供的精调部件结构图；

图13为本发明实施例提供的用于锂电池加工的辊压机结构部分视图；

图14为本发明实施例提供的纠偏机械手结构示意图；

图15为本发明实施例提供的纠偏机械手结构示意图；

图16为本发明实施例提供的纠偏机械手结构示意图；

图17为本发明实施例提供的纠偏机械手放置的极片示意图；

图18为本发明实施例提供的纠偏机械手使用实例。

本说明书中的附图标记说明如下：

流转线-1，叠片台-2，旋转机械手-3，旋转机械手-4，帖胶搬运机构 -5，旋转机械手-6，旋转机械手-7，吸附板-8；

纠偏机械手-11，上隔膜放卷-12，上柔性PET输送线-13，下隔膜放卷 -14，下柔性PET输送线-15，预处理机构-16，对辊复合机构-17；

气缸-1701，电磁比例阀-1702，电磁阀-1703，称重传感器-1703，调节螺栓-1705，配重拉簧-1706，伺服电机-1707，精调部件-1708，辊轴对 -1709，千分表-1710。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例一：

如图1所示，其展示了一种自动化叠片流水线，包括：叠片台流转线，所述叠片台流转线包括多个叠片台2，当所述叠片台流转线旋转时，所述多个叠片台2在叠片台流转线上沿着固定方向循环转动；第一旋转机械手6，设置在所述叠片台流转线上，通过旋转操作向叠片台上放置底层隔膜；第二旋转机械手7，设置在所述叠片台流转线上所述第一旋转机械手6的后方，通过旋转操作向底层隔膜上叠放第一极片；第三旋转机械手3，设置在所述叠片台流转线上所述第二旋转机械手7的后方，通过旋转操作向所述第一极片上叠放中层隔膜；第四旋转机械手4，设置在所述叠片台流转线上所述第三旋转机械手3的后方，通过旋转操作向中层隔膜上叠放第二极片。叠片台流转线呈环形，根据所述叠片台流转线的长度设置所述叠片台2的数量。所述第一极片为正极极片，所述第二极片为负极极片；或者，所述第一极片为负极极片，所述第二极片为正极极片。

所述设备还包括贴胶搬运机，所述贴胶搬运机搬运所述叠片台上叠放完成的电芯进行贴胶。所述贴胶搬运机5上具有帖胶工位，当所述帖胶工位被占用时，叠片台流转线继续转动，且所述第一旋转机械手6、所述第二旋转机械手7、所述第三旋转机械手3、所述第四旋转机械手4停止旋转叠片动作。第一旋转机械手6、所述第二旋转机械手7、所述第三旋转机械手 3、所述第四旋转机械手4均包括CCD视觉检测器，通过视觉检测器判断当前叠片是否与之前叠片对齐。

所述第一旋转机械手6、所述第二旋转机械手7、所述第三旋转机械手 3、所述第四旋转机械手4还具有升降机构，控制旋转机械手的升降。

基于实施例一提供的技术方案，可以提高叠片精度，有效提高锂电池的质量，同时高速流转叠片的形式可以提高叠片效率，多叠片台的结构可以让系统有很大的冗余性，可以进行灵活扩充，进一步提高叠片效率。

实施例二：

在生产过程中，发现实施例一所述的极片加工流水线存在一些需要改进之处。其中的一个技术问题表现在隔膜和输送隔膜的柔性PET输送膜会在辊压工艺过程中出现粘结问题，具体描述如下：

在加工过程中，隔膜与极片承载在柔性PET输送膜上，随着柔性PET 输送膜的移动被搬运至各个加工工位。而在经过辊压工位时，柔性PET输送膜会与承载在其上的隔膜与极片一起被辊压，由于柔性PET输送膜是和位于下方的隔膜接触的，在一起经过热压之后，柔性PET输送膜会在该过程中与隔膜与极片一起受到辊压和受热，这会导致至少两个方面的问题。

一方面，柔性PET输送膜与隔膜经过辊压后会存在粘结现象，隔膜和柔性PET输送膜的粘结，导致辊压后的极片和隔膜不易从柔性PET输送膜脱落，可能在后续转移过程导致隔膜的损坏，降低产品良率，影响极片制造过程。

另一方面，粘结现象会导致柔性PET输送膜不能反复使用，提高了物料成本；且需要耗费人力检查柔性PET的情况，降低了生产效率。

可见，按照实施例一中柔性PET输送膜和极片、隔膜一起辊压的方式，使用成本较高，提高了锂电池的制造成本，不具备批量生产效益。

如图2和图3所示，本实施例中提出了一种改进的锂电池自动化加工生产线，包括：

纠偏机械手11，纠偏机械手用于将极片按照指定姿态和间距摆放到隔膜上。其上具有吸盘板，通过吸盘板吸取上料的极片后，通过CCD相机拍摄得到极片的姿态，并将极片的姿态和预设的姿态进行比较，然后根据前姿态和预设姿态的比较的，转动或者平移机械手，以使极片转动至预设的姿态。通过反复平移机械手，可以将极片按照预设间距摆放在隔膜上，该预设间距可以是等间距，也可以是非等间距。图3为图2所示的锂电池自动化加工生产线的正视视图，如图3所示，在纠偏机械手11矫正过姿态的极片被下隔膜放卷14输出的隔膜承载，并向预加工工位移动，在移动过程中，上隔膜放卷12输出的隔膜覆盖到极片上方，形成‘隔膜’、‘极片’、‘隔膜’的三层结构。预处理机构16是具有预加热功能的狭长工位，在这个狭长的工位中，隔膜和极片被预加热处理。而在这个狭长的工位入口，即预处理机构16的入口处，上(第一)柔性PET输送线13和下(第二) 柔性PET输送线15分别从隔膜的上方和下方与隔膜一起输送至预处理机构 16中。隔膜和极片在预加工工位的移动过程中被预加热，并逐渐向预处理机构16的出口方向移动。在预处理机构16的出口处，上(第一)柔性PET输送线13、下(第二)柔性PET输送线15分别向上方的‘a’方向和下方的‘b’方向移动，只有隔膜向前移动被输送到对辊复合机构17内部。经过对辊复合机17后，经过辊压工艺的隔膜可以通过单向输送的柔性PET输送线18输送。

根据本实施例提供的方案，柔性PET输送带在进入对辊复合机17前即与隔膜分离，不经过辊压工艺，可以避免出现由于辊压工艺造成的隔膜和柔性PET输送带粘结现象。

实施例三：

在实施例二中，图3所示的结构采用了在进入辊压工序前将柔性PET 输送带与隔膜分离的思路，以避免柔性PET被输送到辊复合机构17内部。下面将结合本实施例对实施例二进行进一步地说明。

如图4所示，其为图3所示的局部视图，在图4中，上(第一)柔性 PET输送线13整体位于狭长的预处理机构16上方，其可以分为上(第一) 柔性PET输送线13的第一区间1301、第二区间1302、第三区间1303、第四区间1304、第五区间1305和第六区间1306。这个六个区间构成闭合循环的上(第一)柔性PET输送线13。驱动机构位于第二区间1302和第三区间1303之间，为上(第一)柔性PET输送线13提供循环的动力；第一区间1301和第二区间1302之间有一张力提供装置，用于为输送线提供张力，输送线经过第六区间1306后为预处理机构16内部的第五区间1305。上述区间段之间还通过导向柱改变PET输送带的方向，以及六个区间形成了一个闭合的循环区间。

如图5所示，其为图3所示的局部视图，在图5中，下(第二)柔性 PET输送线15整体位于狭长的预处理机构16上方，其可以分为下(第二) 柔性PET输送线15的第一区间1501、第二区间1502、第三区间1503、第四区间1504、第五区间1505和第六区间1506。这个六个区间构成闭合循环的下(第二)柔性PET输送线15。驱动机构位于第一区间1501和第二区间1502之间，为上柔性PET输送线15提供循环的动力；第一区间1501和第六区间1506之间有一张力提供装置，用于为输送线提供张力，输送线经过第五区间1505后为预处理机构16内部的第四区间1504。上述区间段之间还通过导向柱改变PET输送带的方向，以及六个区间形成了一个闭合的循环区间。

在图5中，上(第一)柔性PET输送线13、经过纠偏机械手11处理后的极片和隔膜、下(第二)柔性PET输送线15分别沿‘a’‘b’‘c’三个方向进入到预处理机构16，并在预处理结构内沿着‘b’方向送带。

如图6所示，其为图3所示的局部视图，在图6中，经过预处理机构 16的上(第一)柔性PET输送线13、进过预处理的极片和隔膜、下(第二) 柔性PET输送线15分别沿‘a’‘b’‘c’三个方向运动。其中上(第一) 柔性PET输送线13和下(第二)柔性PET输送线15重新开始的新的循环，而进过预处理的极片和隔膜进入到对辊复合机17中。

需要说明的是，在实施例二和实施例三中，流水线是布置在流水线基台上的，纠偏机械手11，上隔膜放卷12，上(第一)柔性PET输送线13，下隔膜放卷14，下(第二)柔性PET输送线15，预处理机构16，对辊复合机构17等通过基台上设置的固定部件固定在基台上，由于固定件的轴线是基本平行于地面且垂直于流水线基台的(附图中垂直于纸面的方向)，保证了上(第一)柔性PET输送线13和下(第二)柔性PET输送线15在处理步骤预处理等工序中是平行于地面的。

根据本实施例提供的方案，柔性PET输送带在进入对辊复合机17前即与隔膜分离，不经过辊压工艺，可以避免出现由于辊压工艺造成的隔膜和柔性PET输送带粘结现象。PET输送带可以反复循环利用，极大地节约了成本，且无需时刻监测PET输送带是否出现粘结现象，极大降低工控成本。

实施例四：

根据实施例二和实施例三描述的技术方案，在纠偏机械手11处完成姿态矫正的极片连同下隔膜和上隔膜，向预处理机构16移动。预处理机构16 是具有预加热功能的狭长工位，在这个狭长的工位中，隔膜和极片被预加热处理。而在这个狭长的工位入口，即预处理机构16的入口处，上(第一) 柔性PET输送线13和下(第二)柔性PET输送线15分别从隔膜的上方和下方与隔膜一起输送至预处理机构16中。隔膜和极片在预加工工位的移动过程中被预加热，并逐渐向预处理机构16的出口方向移动。在预处理机构 16的出口处，上(第一)柔性PET输送线13、下(第二)柔性PET输送线 15分别向上下方向移动，只有隔膜向前移动被输送到对辊复合机构17内部。经过对辊复合机17后，经过辊压工艺的隔膜被单向输送的柔性PET输送线 18输送。

在设计本实施例中的辊压复合方案时，可以采用上下板压的方式对电极和隔膜进行加工，这种板压方式采用伺服电机驱动上下压板开合的方式逐件对流水线上的工件进行加压。然而，这件加压方式存在上下板加压不对称的可能，对伺服控制精度要求极高，在加工过程中容易造成隔膜粘压板现象。且每个加工件至少一次上下压板的开启和闭合，加工速度和精度低，且不能进行连续的复合。

本实施例将结合附图详细描述对辊复合机17的结构和控制方法。如图 7-11所示，对辊复合机17包括：气缸1701、电磁比例阀1702、电磁阀1703、称重传感器1703、调节螺栓1705、配重拉簧1706、伺服电机1707、精调部件1708、辊轴对1709、千分表1710。

其中辊轴对1709包括相对设置的第一辊轴17091和第二辊轴17092。第一辊轴和第二辊轴基本呈圆柱状。二者母线(轴线)方向平行。在伺服电机控制下第一(上)辊轴17091逆时针方向旋转，第二(下)辊轴17092 沿顺时针方向旋转。当然辊轴的底面可以是其他形状，例如锥面或者其它形状，但是第一辊轴和第二辊轴辊压面为圆柱面。

在一个示例中，第一辊轴和第二辊轴设置在对辊复合机的基架上。第一辊轴17091通过设置在第一辊轴的一底面上的第一连接部170911与基架的第一固定部170912连接；第二辊轴17092通过设置在第二辊轴的一底面上的第二连接部170921与基架的第二固定部170922连接。

如图10-11所示，连接部可以辊轴端部的端轴，固定部可以是具有中心孔的固定件，辊轴的端部穿过固定件的中心孔后，通过固定件(轴承基座)固定在基架的侧面。进一步地，连接件(辊轴端部)外套设轴承后再固定于固定件(轴承基座)的圆孔内，辊轴可以绕自身轴转动，因此圆孔并不会限制辊轴绕自身轴向转动的自由度。

如图10-11所示，固定部可以直接固定在基架上，辊轴相对于基架的位置是固定的。固定部也可以相对于基架移动。根据图9-11，第一辊轴上下滑动，从而改变第一辊轴与第二辊轴之间的距离，第一辊轴与第二辊轴相切之后，如果继续向第一辊轴施加向下的压力，则辊轴之间会产生压力，这个压力可以通过两侧对称布置称重传感器测量得到。当测量得到两侧的压力不一致时，说明两个辊轴的一侧受力较大，需要通过调节拉簧来平衡辊轴两侧的受力。

参考图5-6可知，该辊压热复合机构通过对辊转动带动隔膜与极片沿轨迹前行(‘b’方向)，直至经过对辊后隔膜与极片粘结为一体。

限位装置通过手动旋转丝杆，从而带动滑块沿斜面顶升上对辊轴承座，从而调节对辊间隙与压实度，调整精度0.001mm。

由于两侧对称布置称重传感器，当两侧压力数值相差过大大，可能影响热复合质量时，会停机报警确保复合效果。前述的称重装置配置有称重测量显示装置，与PLC、电气比例阀一道形成闭环精确控制。

参考附图9-11，上对辊组件配有拉簧，可以让对辊最小压力为0kg。机构两侧设有机械硬限位，辊轴的上下移动会被机械硬限位限制，防止两对辊接触损伤，另外所有运动部件均有防护罩。

实施例五：

本实施例将针对实施例四中提出的辊压复合机进行描述，该辊压复合机用于锂电池极片加工自动化流水线，包括：基架；设置于所述基架上的辊轴对；所述辊轴对包括轴线相互平行且辊压面为圆柱面的第一辊轴和第二辊轴；第一伺服电机和第二伺服电机，用于驱动所述第一辊轴和第二辊轴绕辊轴轴线旋转并带动所述辊压面转动；所述第二辊轴与所述基架固定，所述第一辊轴可动地设置于所述基架；气缸，用于施加压力于第一辊轴，以提供第一辊轴和第二辊轴之间的辊压压力。

参见附图9-13，第一辊轴和第二辊轴在伺服的驱动下分别自转，第二辊轴通过轴承可转动地固定于基架，而第一辊轴通过轴承可转动地固定于固定部，而固定部相对于基架可动，从而第一辊轴和第二辊轴之间的距离可调。

在一个示例中，包括至少二个拉簧，设置于所述基架与所述第一辊轴之间，用于抵消第一辊轴自重。参见附图9-13，拉簧可以成对地设置，例如4个，6个，8个等，通过拉簧抵消第一辊轴本身的重力，如此第一辊轴的自重不会施加于极片，气缸施加的压力即辊压的压力，整个辊压过程可控。

在一个示例中，所述至少二个拉簧的拉力不一致，用于平衡所述第一辊轴自重不均匀。参见附图9-13，辊轮的一侧设置有伺服电机，加上辊轮本身存在的不平衡，辊轮左右两侧的自重是不同的，因此不同侧的拉簧施加的拉力是不同的，用于平衡辊轮两侧的自重不一致。

在一个示例中，包括两个称重传感器，用于测量辊轮两侧的压力，当左右两侧压力不一致时，会影响到辊压的极片，当两侧压力差过大时，称重传感器会进行报警，提醒工作人员停机调整。或者，当两侧压力过大时，会控制系统停机，并报警称重压力传感器两侧压差过大。

在一个示例中，参见附图9-13，包括多个精调部件1708，用于调节所述第一辊轴与所述第二辊轴之间的距离。所述精调部件1708，包括调节旋钮17081、随调节旋钮旋转的丝杆17082、以及随所述丝杆旋转而沿所述丝杆移动的精调块17083，所述精调块17083具有斜面17084，所述斜面具有一小倾角。所述精调块17083支撑于所述基架与所述第一辊轮17091之间；所述斜面与所述第一辊轮17091的支撑面接触。

在该示例中，精调块会随着调节旋钮的转动而沿着丝杆移动，当其移动丝杆旋转一周变化的距离，例如一个丝，由于该斜面的作用，该一个丝的距离由三角函数正切的关系被映射到了垂直方向，通过调节角度可以调节丝杠移动的距离和精调块斜面在垂直方向改变的距离，当倾角度很小时，这个距离会很小，达到精调的目的，如图13所示，斜面与第一辊轮的支撑面(轴承座底面)接触，当丝杠旋转时，第一辊轮被抬高或者降低一个数值，这个数值为丝杠移动距离与倾角正切值的乘积，这个调整可以达到 0.001mm。千分表可以准确地显示该距离。

在一个示例中，机械限位机构1711，用于限制所述第一辊轴与所述第二辊轴的接触。参见附图9-13，机械限位机构可以是L形状与其镜像形状，从基架侧面限制第一辊轴的轴承座，一方面限制轴承座在左右方向上的自由度，另一方向，限制轴承座不能向下移动，防止第一辊轴和第二辊轴接触。

在一个示例中，第一辊轴17091和第二辊轴17092分别在第一伺服电机和第二伺服电机的驱动下转动，分别以辊轴为轴线沿着相反的方向旋转并带动隔膜与极片沿着与所述第一辊轴和第二辊轴中心连线方向垂直的方向经过所述第一辊轴与所述第二辊轴之间的间隙。

实施例七：

本实施例将针对前述实施例中提出的纠偏机械手进行描述，如图14-16 所示，所述机械手整体设置在一个长导轨上，并且可以沿着导轨在水平方向滑动，为了清楚地描述本实施例，将机械手沿着导轨做水平滑动的方向定义为‘X’方向，驱动机械手整体在X方向运动的电机为X轴电机，该电机可以选择直线电机。电机本体可以安装在一个背板上，通过背板导轨连接，而同时，电机本体相对于背板可以在竖直方向上下滑动，将竖直方向定义为‘Z’方向，而与‘X’和‘Z’方向垂直的方向即为‘Y’方向。电机整体可以在直线电机的驱动下沿着X方向滑动，也可以在Z轴伺服电机 1101的驱动下沿着Z方向上下移动。

沿着Z方向移动电机本体包括一个主架板1111，这个主架板具有‘L’形状，即相互垂直的水平板11111和竖直板11112。竖直板11112通过Z轴伺服电机驱动，具体地，Z轴伺服电机连接一竖直方向的滚珠丝杠1104，‘L’形状主架子板的竖直板11112连接滚珠丝杠1104，当Z轴伺服电机产生驱动力时，是旋转扭力，这个扭力通过滚珠丝杠1104转换为竖直方向的驱动力，从而当Z轴伺服电机驱动时，可以驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠通过其与竖直板11112的连接带动主架板在Z方向上下移动。

主架板1111还有一水平的水平板11111部分，其会随着主架板的移动而在X方向和Z方向移动，在该水平的底架板上搭载有纠偏装置，一方面该纠偏装置1112通过一个Y轴电缸1107以及Y方向滑轨安装于水平板 11111上，当Y轴电缸产生驱动力时，会驱动纠偏装置沿着Y方向滑轨在Y 方向移动；另一方面，纠偏装置通过转轴11121与设置在主架板1111下方的吸盘板1108连接，吸盘板1108可以以该转轴为中心转动；在吸盘板远离转轴的一侧具有凸轮轴1106，当凸轮轴处于平衡位置时，吸盘板1108的中心与Y轴平行，当凸轮轴转动时，凸轮结构会导致吸盘板偏离与Y轴平行的位置，把这个偏离度定义为θ轴角度。由于凸轮结构的驱动，所述吸盘板相对于Y轴转过的角度称为θ角，可以通过一个θ轴伺服电机1105 控制凸轮轴进而控制该角度，从而控制吸盘板的姿态。

例如，在一个示例中，设置凸轮轴的长边和短边径差带动吸盘板在X 轴摆动的偏转的为15mm，凸轮轴1106到旋转中心11121的旋转半径为 270mm,通过该偏转的距离和旋转半径即可获得θ角。

这个角度通常在-2°到2°之间，也可以根据工况采用2°之内的数值，或者略大，例如不大于5°的数值。

可见，当吸盘板吸起一个极片后，可以通过θ轴伺服电机1105控制吸盘板转动，从而调整极片的角度，通过Y轴电缸驱动纠偏部在Y轴移动从而调整极片在Y方向的位置；通过X轴电机驱动调整极片在X轴方向的位置，以及通过Z轴伺服电机和滚珠丝杠调整极片在Z方向的位置。

在工作过程中，首先通过工控机设定极片的标准姿态和间距。当吸盘板吸取一个极片后，可以通过CCD的拍照(图中未示出，CCD沿Z轴，用于获取极片在XY平面的姿态投影)和图形识别功能计算出所吸取极片的(X,Y, θ)参数，Z参数可以通过电机轴传感器反馈。由于极片最终是放置于隔膜上的，极片的Z轴高度不影响其姿态，X轴仅影响极片的位置，所以可以通过(Y，θ)参数来调整极片姿态。例如，极片标准姿态为(Y1,θ1)，那么可以通过控制θ轴伺服电机1105转动(θ1-θ)角度，在通过Y轴电缸平移到Y1即可以实现姿态调整。当然，也可以通过三角函数计算极片姿态到标准姿态的距离，同时调整(Y，θ)参数进行平动和转动。

在调节极片姿态之后，可以通过控制X轴电机的平移控制极片的间距，极片即可以是等间距排列，也可以在非等间距排列。

本实施例具有如下有益效果：可以灵活地调整和矫正极片的姿态，以及灵活地控制极片的间距。

实施例八：

本实施例将针对前述实施例中提出的纠偏机械手进行描述，如图14-16 所示，所述机械手整体设置在一个长导轨上，并且可以沿着导轨在水平方向滑动，为了清楚地描述本实施例，将机械手沿着导轨做水平滑动的方向定义为‘X’方向，驱动机械手整体在X方向运动的电机为X轴电机，该电机可以选择直线电机。电机本体可以安装在一个背板上，通过背板导轨连接，而同时，电机本体相对于背板可以在竖直方向上下滑动，将竖直方向定义为‘Z’方向，而与‘X’和‘Z’方向垂直的方向即为‘Y’方向。电机整体可以在直线电机的驱动下沿着X方向滑动，也可以在Z轴伺服电机1101的驱动下沿着Z方向上下移动。

主架板1111具有相互垂直的水平板11111和竖直板11112。纠偏部1112 通过滑轨可以滑动地设置于所述水平板11111，所述纠偏部1112通过转轴 11121与吸盘板1108连接。纠偏部1112在电驱动下，带动所述与吸盘板 1108沿所述滑轨相对于所述水平板11111一起滑动；与吸盘板1108连接的凸轮轴1106，所述凸轮轴1106转动以驱动所述吸盘板1108以所述转轴 11121旋转中心相对于所述水平板11111偏转一角度。

系统还可以设置图像获取装置，用于获得所述吸盘板1108所吸取的极片的投影姿态。这里投影姿态可以是吸取的极片在XY屏幕的姿态投影，该投影能反映出极片的姿态。通过控制装置，可以计算投影姿态和极片的标准姿态之间的角度差和位置差，计算从所述投影姿态到所述标准姿态，纠偏部1112需要转动和/或直线运动的距离。

纠偏机械手还包括θ轴伺服电机1105，所述θ轴伺服电机1105驱动凸轮轴1106转动以驱动所述吸盘板1108以所述转轴11121为旋转中心相对于所述水平板11111偏转一角度θ。角度θ满足：-15°≤θ≤15，θ角为0°时表示所述吸盘板1108未发生偏转；θ角为正时表示所述凸轮轴1106驱动所述吸盘板1108向水平板11111的一侧偏转；θ角为负时表示所述凸轮轴1106驱动所述吸盘板1108向水平板11111的另一侧偏转。纠偏部1112 包括一个Y轴电缸1107，用于驱动所述纠偏部1112带动所述吸盘板1108 沿所述滑轨相对于所述水平板11111一起滑动。

所述纠偏机械手还包括：Z轴伺服电机1101，用于驱动所述主架板1111 相对于所述背板沿竖直方向滑动。滚珠丝杠1104设置于所述竖直板11112 与背板之间，用于将所述Z轴伺服电机提供的旋转力矩转换为直线驱动力以带动所述竖直板11112与沿所述背板上的导轨滑块在竖直方向上滑动。X 轴直线电机1102,用于控制所述纠偏机械手沿水平滑轨1103滑动。

控制该机械手进行叠片纠偏和转移可以通过：吸取步骤，控制吸盘板1108吸取极片；姿态采集步骤，控制拍摄装置采集所述极片的姿态；纠偏步骤，根据所述姿态采集步骤获得的极片的姿态，控制θ轴伺服电机1105 和Y轴电缸1107将吸盘板1108平动和/或转动至标准姿态；平移步骤，控制X轴直线电机1102,使吸盘板1108沿滑轨平移至预定位置；放置步骤，控制Z轴伺服电机1101升降所述机械手放置所述极片。

图17为采用纠偏机械手叠片后的极片排列示意图，除图示的排列方式外，可以通过精确控制X轴驱动电机，将极片在隔膜上按照任意间隔放置。

图18示出了两个纠偏机械手相对放置的系统示意图，相对的机械手可以分别控制，同时吸片和放置，在基本不增大系统体积的情况下，使取片速度提高了一倍。除图示的结构外，可以相对设置多组机械手，为了避免机械手之间的取片干扰，可以将机械手设置在不同的高度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纠偏机械手，所述机械手整体设置在一个长导轨上，并且可以在电机驱动下沿着所述长导轨在水平方向滑动，所述机械手沿着导轨做水平滑动的方向定义为‘X’方向，包括：

主架板（1111），所述主架板包括相互垂直的水平板（11111）和竖直板（11112）；沿所述竖直板（11112）的方向定义为‘Z’方向，沿所述水平板（11111）的方向定义为‘Y’方向，所述‘X’方向、‘Y’方向和‘Z’方向构成三维直角坐标系；

所述主架板（1111）可以在Z轴伺服电机（1101）驱动下相对于背板沿着‘Z’方向上下移动；

所述水平板（11111）上设置有滑轨，纠偏部（1112）通过滑轨可以滑动地设置于所述水平板（11111），所述纠偏部（1112）通过转轴（11121）与吸盘板（1108）连接；所述纠偏部（1112）包括一个Y轴电缸（1107），用于驱动所述纠偏部（1112）带动所述吸盘板（1108）沿着‘Y’方向相对于所述水平板（11111）一起滑动

与所述吸盘板（1108）连接的凸轮轴（1106），所述凸轮轴（1106）转动以驱动所述吸盘板（1108）以所述转轴（11121）旋转中心相对于所述水平板（11111）在‘X’方向和‘Y’方向定义的平面内偏转；其中，所述凸轮轴（1106）设置于所述吸盘板（1108）远离转轴的一侧，当所述凸轮轴（1106）处于平衡位置时，吸盘板（1108）的中心与‘Y’方向平行，当凸轮轴（1106）转动时，凸轮结构的转动会导致与之连接的吸盘板（1108）偏离与‘Y’方向平行的位置，偏离度定义为θ轴角度；

θ轴伺服电机（1105），所述θ轴伺服电机（1105）驱动凸轮轴（1106）转动以驱动所述吸盘板（1108）以所述转轴（11121）旋转中心相对于所述水平板（11111）偏转一角度θ；

所述凸轮轴（1106）转动带动所述吸盘板（1108）相对于所述水平板产生一段偏移δx,所述偏移δx满足：

0mm≤δx≤15mm;

所述角度θ满足：

-2°≤θ≤2°

θ角为0°时表示所述吸盘板（1108）未发生偏转；

θ角为正时表示所述凸轮轴（1106）驱动所述吸盘板（1108）向所述水平板（11111）的一侧偏转；

θ角为负时表示所述凸轮轴（1106）驱动所述吸盘板（1108）向所述水平板（11111）的另一侧偏转。

2.根据权利要求1所述的纠偏机械手，其特征在于，图像获取装置，用于获得所述吸盘板（1108）所吸取的极片的投影姿态。

3.根据权利要求2所述的纠偏机械手，其特征在于，控制装置，用于根据所述极片的投影姿态和极片的标准姿态，计算从所述投影姿态到所述标准姿态，所述纠偏部（1112）需要转动和/或直线运动的距离。

4.根据权利要求1所述的纠偏机械手，其特征在于，滚珠丝杠（1104）设置于所述竖直板（11112）与背板之间，用于将所述Z轴伺服电机提供的旋转力矩转换为直线驱动力以带动所述竖直板（11112）与沿所述背板上的导轨滑块在竖直方向上滑动。

5.根据权利要求4所述的纠偏机械手，还包括X轴直线电机（1102）,用于控制所述纠偏机械手沿水平滑轨（1103）滑动。

6.一种纠偏机械手的控制方法，应用于权利要求1-5之一所述的纠偏机械手，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

吸取步骤，控制吸盘板（1108）吸取极片；

姿态采集步骤，控制拍摄装置采集所述极片的姿态；

纠偏步骤，根据所述姿态采集步骤获得的极片的姿态，控制θ轴伺服电机（1105）和Y轴电缸（1107）将吸盘板（1108）平动和/或转动至标准姿态；

平移步骤，控制X轴直线电机（1102）,使吸盘板（1108）沿滑轨平移至预定位置；

放置步骤，控制Z轴伺服电机（1101）升降所述机械手放置所述极片。

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