CN112978357A - 一种燃料电池单元的上下料设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池单元的上下料设备，其包括GDL A料框、GDL B料框、搬运机械手、双极板料框、质子交换膜料框、保护膜料框、保护膜搬运机构、产品输出机构以及控制器和视觉模块。搬运机械手具有用于抓取物料的装置；产品输出机构用于向外输出制备好的电池单元成品，保护膜搬运机构用于将保护膜料框中的保护膜搬往产品输出机构，并将保护膜贴合在电池单元半成品上；视觉模块用于物料的角度检测。本发明提出的上下料设备，操作员只需将物料放入各料框后，设备即可自动进行物料抓取，物料搬运以及产品自动下料等操作。将其与点胶机结合能实现燃料电池单元的半自动化组装，有利于提高生产效率以及产品质量，降低了人工成本。

Description

一种燃料电池单元的上下料设备

技术领域

本发明属于氢燃料电池生产技术领域，尤其涉及一种燃料电池单元的上下料设备。

背景技术

燃料电池是很有发展前途的新动力电源，燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极、正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。当氢气作为燃料电池的燃料时，其产物仅为水。与传统能源相比较，这种发电方式更为清洁。

本发明涉及的氢燃料电池包含双极板(如石墨板、金属板等)、阳极碳布、质子交换膜、阴极碳布和保护膜。

双极板位于外侧，作用是在燃料电池堆中对单电池进行隔离。

碳布即是气体扩散层(GDL)，GDL为燃料电池的心脏-膜电极组(MEA)中一项不可或缺的物料，它扮演着MEA与双极板之间的沟通桥梁角色。碳布为多孔性透气物料，其主要作用有:支撑催化剂和膜结构，均匀分布气体，支撑整体结构。同时，气体扩散层又是气体、电子和产物水的通道。燃料在阳极碳布发生氧化反应，空气中的氧气在阴极碳布发生还原反应。中间部分为高分子电解质膜，电池内部的电荷传递是通过中间的离子导体一高分子电解质膜来完成的。

质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)是质子交换膜燃料电池的核心部件，对电池性能起着关键作用。它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。

保护膜的存在是为了防止膜电极被污染。

目前，在组装燃料电池单元的过程中，主要采用人工作业，但人工作业的方式生产效率不高，同时，需要消耗大量的人工，生产成本高。

为了能实现燃料电池单元的自动化生产，降低生产成本，提高生产效率，亟需一种燃料电池单元的上下料设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池单元的上下料设备，旨在解决现有技术中采用人工方式组装燃料电池单元所存在的生产效率低以及生产成本高的问题。

本发明是这样实现的，一种燃料电池单元的上下料设备，包括GDLA料框、GDLB料框、搬运机械手、双极板料框、质子交换膜料框、保护膜料框、保护膜搬运机构、产品输出机构以及控制器和视觉模块；

所述搬运机械手能在三维空间内多方向移动，其上具有用于抓取物料的装置，所述搬运机械手用于将所述GDLA料框中的GDLA、GDLB料框中的GDL B、双极板料框中的双极板、质子交换膜料框中的质子交换膜搬运至点胶机的工作平台上，以及将组装好的电池单元半成品搬运至所述产品输出机构；

所述产品输出机构用于向外输出制备好的电池单元成品；

所述保护膜搬运机构用于将所述保护膜料框中的保护膜搬往所述产品输出机构，并将保护膜贴合在电池单元半成品上；

所述控制器与保护膜搬运机构、搬运机械手以及产品输出机构电连接；

所述视觉模块用于物料的角度检测。

进一步的，所述搬运机械手用于抓取物料的装置包括用于吸附GDLA、GDL B和质子交换膜的真空吸板、用于吸紧双极板的真空吸盘以及用于抓取半成品的夹爪。

进一步的，所述搬运机械手上设置有校正装置，校正装置与相应的视觉模块组成视觉校正系统，所述控制器中存储有摆放正确的物料的参考信息；所述视觉模块与所述控制器电连接，所述控制器能将所述视觉模块采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比，当两个信息不一致时，所述控制器控制所述搬运机械手旋转，直至所述视觉模块采集到的图像信息与参考信息一致。

进一步的，所述双极板料框、GDLA料框、GDL B料框、质子交换膜料框以及保护膜料框均具有用于容纳物料的框体，并且，各料框还设置有宽度调节组件以及长度调节组件；其中，所述宽度调节组件包括位于框体两端位置的第一活动限位杆、第一固定限位杆以及第一紧固件，所述长度调节组件包括位于框体两侧的第二活动限位杆、第二固定限位杆以及第二紧固件；通过所述第一紧固件将所述第一活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的宽度；通过所述第二紧固件将所述第二活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的长度。

进一步的，所述双极板料框、GDLA料框、GDL B料框、质子交换膜料框以及保护膜料框的框体下方均安装有弹出结构，所述弹出结构包括气缸、导轨以及滑块，所述气缸的伸缩杆与所述框体的底部固定连接，所述导轨安装在所述框体底部，所述滑块位于所述框体下方，所述滑块嵌入在所述导轨上，当框体内的物料用完后，所述气缸的伸缩杆向外侧方向伸出，以带动所述框体向外弹出。

进一步的，所述双极板料框、GDLA料框、GDL B料框、质子交换膜料框以及保护膜料框的框体内部具有承托板，所述框体的底部具有穿孔，所述框体的下方设置有顶升装置，所述顶升装置的动力输出端伸入所述穿孔，并与所述承托板固定连接；所述顶升装置工作时，能带动所述承托板上升或下降。

进一步的，所述保护膜搬运机构包括吸取装置、中转平台以及搬运臂；所述吸取装置从保护膜料框中吸取一张保护膜放在所述中转平台上，所述搬运臂同时将中转平台上的保护膜吸起，并搬往下料输送机构，然后贴合在产品上。

进一步的，所述产品输出机构包括输送带以及能上下活动的顶起平台，所述输送带的内侧端为接料端，外侧端为出料端，所述顶起平台位于所述输送带接料端的正下方。

进一步的，所述上下料设备还包括用于检测物料是否重叠的检测装置，所述检测装置包括光发射器以及光接收器，所述光接收器与控制器电连接，所述控制器根据所述光接收器接收到的光线强度，判断搬运的物料是否重叠，若检测到物料重叠，所述控制器控制相应的搬动机构将其上的物料搬运到回收料仓。

进一步的，所述上下料设备还包括用于回收质子交换膜之间隔膜的隔膜回收框以及隔膜搬运机构，所述隔膜回收框靠近所述质子交换膜料框，所述隔膜搬运机构用于将质子交换膜料框中的隔膜搬运至隔膜回收框中，所述隔膜搬运机构具有搬运臂，所述搬运臂的末端安装有多个用于吸附隔膜的吸盘。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明提出的燃料电池单元的上下料设备，工人只需将物料放入各料框后，设备即可自动进行物料抓取，物料搬运以及产品自动下料等操作。将其与点胶机结合能实现燃料电池单元的半自动化组装，有利于提高生产效率以及产品质量，降低了人工成本。同时，采用机器自动化操作要比人工操作误差更小，产品质量更稳定，对氢燃料电池的进一步发展具有积极的推动意义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种燃料电池单元的上下料设备的立体结构示意图；

图2是图1所示上下料设备的搬运机械手的立体结构示意图；

图3是图1所示上下料设备的框料的立体结构示意图；

图4是图1所示上下料设备的产品输出机构的立体结构示意图；

图5是图1所示上下料设备的隔膜搬运机构的立体结构示意图；

图6是图1所示上下料设备的保护膜搬运机构的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，示出了本发明实施例提供的一种燃料电池单元的上下料设备，包括搬运机械手1、GDL A料框2、GDL B料框3、双极板料框4、质子交换膜料框5、保护膜料框6、保护膜搬运机构7、产品输出机构8以及控制器和视觉模块。

请参阅图2，搬运机械手1能在三维空间内多方向移动，其上具有用于抓取物料的装置。该装置包括用于吸附GDL A、GDL B和质子交换膜的真空吸板a、用于吸紧双极板的真空吸盘以及用于夹取半成品的夹爪b。

具体的，搬运机械手1用于将所述GDL A料框2中的GDL A、GDL B料框3中的GDL B、双极板料框4中的双极板、质子交换膜料框5中的质子交换膜搬运至点胶机的工作平台上，以及将组装好的电池单元半成品搬运至所述产品输出机构8。

产品输出机构8用于向外输出制备好的电池单元成品。

保护膜搬运机构7用于将保护膜料框6中的保护膜搬往产品输出机构8，并将保护膜贴合在电池单元半成品上。

控制器与搬运机械手1、保护膜搬运机构7以及产品输出机构8电连接，以控制搬运机械手1以及各机构的运行。

所述视觉模块用于物料的角度检测，搬运机械手1上设置有校正装置，所述校正装置与相应的视觉模块组成视觉系统，控制器中存储有摆放正确的物料的参考信息；视觉模块与控制器电连接。控制器能将视觉模块采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比。当两个信息不一致时，说明物料位姿不正确，此时需要校正物料的位姿，控制器控制搬运机械手旋转，直至视觉模块采集到的图像信息与参考信息一致。

双极板料框4、GDL A料框2、GDL B料框3、质子交换膜料框5以及保护膜料框6均具有用于容纳物料的框体。并且，各料框还设置有宽度调节组件以及长度调节组件。请参阅图3，宽度调节组件包括位于框体两端位置的第一活动限位杆c、第一固定限位杆d以及第一紧固件，通过第一紧固件将第一活动限位杆c紧固在不同的位置，以调节框体的宽度。长度调节组件包括位于框体两侧的第二活动限位杆e、第二固定限位杆f以及第二紧固件，通过第二紧固件将第二活动限位杆e紧固在不同的位置，以调节框体的长度。

双极板料框4、GDL A料框2、GDL B料框3、质子交换膜料框5以及保护膜料框6的框体下方均安装有弹出结构。具体的，弹出结构包括气缸9、导轨10以及滑块，所述气缸9的伸缩杆与所述框体的底部固定连接，所述导轨10安装在所述框体底部，所述滑块位于所述框体下方，所述导轨10嵌入在所述滑块内。当框体内的物料用完后，气缸9的伸缩杆向外侧方向伸出，以带动框体向外弹出，以供工人补充物料。

双极板料框4、GDL A料框2、GDL B料框3、质子交换膜料框5以及保护膜料框6的框体内部具有承托板11，框体的底部具有穿孔，框体的下方设置有顶升装置，顶升装置的动力输出端伸入穿孔，并与承托板11固定连接；顶升装置工作时，能带动承托板11上升或下降。容易理解的是，物料是慢慢消耗的，为了使每次抓取时物料均处于同一水平高度，顶升装置每次顶升的高度等于一张物料的厚度。

上下料设备还包括用于检测物料是否重叠的检测装置，检测装置包括光发射器以及光接收器，光接收器与控制器电连接。控制器根据光接收器接收到的光线强度，判断搬运的物料是否重叠，若检测到物料重叠，控制器控制相应的搬动机构将其上的物料搬运到回收料仓。

请参阅图4，产品输出机构8包括输送带81以及能上下活动的顶起平台82，输送带81的内侧端为接料端，外侧端为出料端，顶起平台82位于输送带51接料端的正下方。当保护膜搬运机构7将保护膜贴在产品上时，顶起平台82向上顶起，支撑上面的输送带81以及产品。

上下料设备还包括用于回收质子交换膜之间的隔膜的隔膜回收框12以及隔膜搬运机构13，隔膜回收框12靠近质子交换膜料框5，隔膜搬运机构13用于将质子交换膜料框5中的隔膜搬运至隔膜回收框12中。请参阅图5，隔膜搬运机构13具有搬运臂，所述搬运臂的末端安装有多个用于吸附隔膜的吸盘131。

参阅图6，保护膜搬运机构7包括吸取装置71、中转平台72以及搬运臂73；所述吸取装置71从保护膜料框6中吸取一张保护膜放在所述中转平台72上，所述搬运臂73将中转平台72上的保护膜吸起，并搬往产品输出机构8，然后贴合在产品上。

综上所述，本实施例提出的燃料电池单元的上下料设备，工人只需将物料放入各料框后，设备即可自动进行物料抓取，物料搬运以及产品自动下料等操作。将其与点胶机结合能实现燃料电池单元的半自动化组装，有利于提高生产效率以及产品质量，降低了人工成本。同时，采用机器自动化操作要比人工操作误差更小，产品质量更稳定，对氢燃料电池的进一步发展具有积极的推动意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池单元的上下料设备，其特征在于，包括GDL A料框、GDL B料框、搬运机械手、双极板料框、质子交换膜料框、保护膜料框、保护膜搬运机构、产品输出机构以及控制器和视觉模块；

所述搬运机械手能在三维空间内多方向移动，其上具有用于抓取物料的装置，所述搬运机械手用于将所述GDL A料框中的GDL A、GDL B料框中的GDL B、双极板料框中的双极板、质子交换膜料框中的质子交换膜搬运至点胶机的工作平台上，以及将组装好的电池单元半成品搬运至所述产品输出机构；

所述产品输出机构用于向外输出制备好的电池单元成品；

所述保护膜搬运机构用于将所述保护膜料框中的保护膜搬往所述产品输出机构，并将保护膜贴合在电池单元半成品上；

所述控制器与保护膜搬运机构、搬运机械手以及产品输出机构电连接；

所述视觉模块用于物料的角度检测。

2.如权利要求1所述的上下料设备，其特征在于，所述搬运机械手用于抓取物料的装置包括用于吸附GDL A、GDL B和质子交换膜的真空吸板、用于吸紧双极板的真空吸盘以及用于抓取半成品的夹爪。

3.如权利要求1所述的上下料设备，其特征在于，所述搬运机械手上设置有校正装置，所述校正装置与相应的视觉模块组成视觉校正系统，所述控制器中存储有摆放正确的物料的参考信息；所述视觉模块与所述控制器电连接，所述控制器能将所述视觉模块采集到的图像信息与内部存储的参考信息作对比，当两个信息不一致时，所述控制器控制所述搬运机械手旋转，直至所述视觉模块采集到的图像信息与参考信息一致。

4.如权利要求1所述的上下料设备，其特征在于，所述双极板料框、GDL A料框、GDL B料框、质子交换膜料框以及保护膜料框均具有用于容纳物料的框体，并且，各料框还设置有宽度调节组件以及长度调节组件；其中，所述宽度调节组件包括位于框体两端位置的第一活动限位杆、第一固定限位杆以及第一紧固件，所述长度调节组件包括位于框体两侧的第二活动限位杆、第二固定限位杆以及第二紧固件；通过所述第一紧固件将所述第一活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的宽度；通过所述第二紧固件将所述第二活动限位杆紧固在不同的位置，以调节框体的长度。

5.如权利要求4所述的上下料设备，其特征在于，所述双极板料框、GDL A料框、GDL B料框、质子交换膜料框以及保护膜料框的框体下方均安装有弹出结构，所述弹出结构包括气缸、导轨以及滑块，所述气缸的伸缩杆与所述框体的底部固定连接，所述导轨安装在所述框体底部，所述滑块位于所述框体下方，所述滑块嵌入在所述导轨上，当框体内的物料用完后，所述气缸的伸缩杆向外侧方向伸出，以带动所述框体向外弹出。

6.如权利要求4或5所述的上下料设备，其特征在于，所述双极板料框、GDL A料框、GDLB料框、质子交换膜料框以及保护膜料框的框体内部具有承托板，所述框体的底部具有穿孔，所述框体的下方设置有顶升装置，所述顶升装置的动力输出端伸入所述穿孔，并与所述承托板固定连接；所述顶升装置工作时，能带动所述承托板上升或下降。

7.如权利要求1所述的上下料设备，其特征在于，所述保护膜搬运机构包括吸取装置、中转平台以及搬运臂；所述吸取装置从保护膜料框中吸取一张保护膜放在所述中转平台上，所述搬运臂同时将中转平台上的保护膜吸起，并搬往下料输送机构，然后贴合在产品上。

8.如权利要求1所述的上下料设备，其特征在于，所述产品输出机构包括输送带以及能上下活动的顶起平台，所述输送带的内侧端为接料端，外侧端为出料端，所述顶起平台位于所述输送带接料端的正下方。

9.如权利要求1所述的上下料设备，其特征在于，所述上下料设备还包括用于检测物料是否重叠的检测装置，所述检测装置包括光发射器以及光接收器，所述光接收器与控制器电连接，所述控制器根据所述光接收器接收到的光线强度，判断搬运的物料是否重叠，若检测到物料重叠，所述控制器控制相应的搬动机构将其上的物料搬运到回收料仓。

10.如权利要求1所述的上下料设备，其特征在于，所述上下料设备还包括用于回收质子交换膜之间隔膜的隔膜回收框以及隔膜搬运机构，所述隔膜回收框靠近所述质子交换膜料框，所述隔膜搬运机构用于将质子交换膜料框中的隔膜搬运至隔膜回收框中，所述隔膜搬运机构具有搬运臂，所述搬运臂的末端安装有多个用于吸附隔膜的吸盘。

Images