CN116141362A - 一种基于真空静电复合吸盘的机械手、机器人及其吸持转运方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于真空静电复合吸盘的机械手、机器人及其吸持转运方法，机械手包括：机械手臂以及吸盘，所述吸盘通过固定板与机械手臂的端部连接，并以基架作为整体支撑，由驱动机构进行基架以及复合吸盘单元的驱动，实现基架以及复合吸盘单元相对固定板的位置调整。该复合吸盘首次将真空吸盘与静电吸盘进行组合，组合后的复合吸盘不仅可以完成不同性质物品的吸持，采用静电吸盘进行钛网/钛粘/膜电极/气体扩散层/质子膜等多孔材料的吸持和转运时，当到达目标位置后断开静电的同时启动真空吸盘进行吹气，可实现静电吸盘上吸持的钛网等多孔材料迅速掉落，大幅度提高工作效率，所述机器人和吸持转运方法中均使用了上述机械手。

Description

一种基于真空静电复合吸盘的机械手、机器人及其吸持转运 方法

技术领域

本发明公开涉及电堆生产用设备的技术领域，尤其涉及一种基于真空静电复合吸盘的机械手、机器人及其吸持转运方法。

背景技术

在进行全钒液流储能电池电堆、PEM电解水制氢电堆以及燃料电池电堆、碱水电堆的生产时，目前大多采用人工手动进行物品的取放。其中，涉及到钛网/钛粘及网状的所有产品、金属板以及膜电极等物品的取放，存在工作效率低的问题。为了能够实现生产线的自动化，考虑到采用机械手或机器人进行人工手动的替代，而机械手或者机器人的抓取动作主要依赖于其端部的抓取装置，该抓取装置主要分为两类：一类是夹具类；另一类是吸盘类。由于对于钛网、质子膜/膜电极及扩散层类的物品，其材质较软，采用夹具类的机械手容易造成物品的损伤，因此，在全钒液流储能电池、电解水制氢电池以及燃料电池及碱水制氢电堆的生产中，主要采用的吸盘类机械手，而机械手的抓取、放置物品的性能主要由吸盘的性能所决定。

目前，市面上的吸盘主要包括：真空吸盘、电磁吸盘以及静电吸盘等，上述各个吸盘由于其吸附原理的不同，因此分别适用于不同性质物品吸持与搬送。其中，真空吸盘主要用于吸持与搬送例如玻璃、纸张等薄而轻的物品；电磁吸盘主要用于大型金属物品的吸持与搬送；而静电吸盘主要用于导体、半导体、绝缘体及多孔材料的吸持与搬送。在现有的全钒液流储能电池、电解水制氢电池以及燃料电池生产中，常用的是真空吸盘和静电吸盘，其中，真空吸盘用于进行金属板以及膜电极吸持，而静电吸盘用于钛网等多孔材料的吸持。但是在使用的过程中发现：静电吸盘虽然可以通过静电原理将钛网等多孔材料迅速吸持抓取到，但当搬运到目标位置后，静电吸盘的静电断开后，其抓取的钛网等多孔材料无法迅速从静电吸盘上掉落，存在一段时间的延迟，导致整体的工作效率较低。

而且因为在生产中要进行不同物品的抓取，所以在全钒液流储能电池、电解水制氢电池以及燃料电池生产线上要分别设置真空吸盘机械手和静电吸盘机械手，同时设置两个机械手不仅生产成本投入高，占地面积大，而且控制难度高。

因此，是否可将以往的吸盘进行改进，以解决上述问题。

发明内容

鉴于比，本发明提供了一种基于真空静电复合吸盘的机械手、机器人及其吸持转运方法，以解决以往在进行全钒液流储能电池、电解水制氢电池以及燃料电池的生产时，静电吸盘将吸持的钛网等多孔材料转运到目标位置后，无法实现迅速掉落放置，导致工作效率低的问题以及同时两种不同性质的机械手，存在占地面积大，设备成本高以及操作不便的问题。

一方面，本发明提供了一种基于真空静电复合吸盘的机械手，所述机械手包括：机械手臂以及吸盘，所述吸盘固定设置在所述机械手臂的端部，且所述吸盘为真空静电复合吸盘；

所述真空静电复合吸盘包括：基架、复合吸盘单元、固定板以及驱动机构；

所述复合吸盘单元包括：真空吸盘以及静电吸盘，所述真空吸盘和所述静电吸盘均位于所述基架的下方，与所述基架固定连接；

所述固定板的上表面与所述机械手臂的端部固定连接，所述固定板的下表面与所述基架转动连接；

所述驱动机构相对所述固定板固定设置，所述驱动机构与所述基架驱动连接，在所述驱动机构的驱动下，所述基架可相对所述固定板转动，进行位置调节。

优选，所述复合吸盘单元包括：两个真空吸盘以及两个静电吸盘；

两个所述真空吸盘间隔平行设置，每个所述真空吸盘均为长条型，且顶部与所述基架固定连接；

两个所述静电吸盘均位于两个所述真空吸盘之间，沿着所述真空吸盘的长度方向间隔设置，每个所述静电吸盘的顶部均与所述基架固定连接。

进一步优选，所述复合吸盘单元还包括：视觉检测装置；

所述视觉检测装置位于两个所述真空吸盘以及两个所述静电吸盘围成的区域内部，所述视觉检测装置与所述基架固定连接，用于进行位置检测。

进一步优选，所述真空吸盘为海绵真空吸盘。

进一步优选，所述复合吸盘中设置有至少两个复合吸盘单元。

进一步优选，所述驱动机构包括：驱动电机、驱动齿轮以及回转轴承；

所述驱动电机固定安装在所述固定板上；

所述驱动齿轮固定套装在所述驱动电机的输出轴上；

所述回转轴承设置在所述固定板与所述基架之间，所述回转轴承的内圈与所述固定板固定连接，所述回转轴承的外圈与所述基架固定连接，且所述回转轴承中外圈的外侧齿与所述驱动齿轮啮合。

进一步优选，所述驱动电机为伺服电机。

进一步优选，所述基架包括：框架以及基板；

所述框架由多个边框依次首尾连接构成；

所述基板的侧壁与所述框架中的边框固定连接。

另一方面，本发明还提供了一种机器人，所述机器人中设置有上述任一一种机械手。

此外，本发明还提供了一种基于真空静电复合吸盘的吸持转运方法，该方法采用上述机械手或者机器人进行物品的吸持转运，具体过程为：

调整机械手至工作位，启动驱动机构调整所述基架及复合吸盘单元的位置，使得复合吸盘位于待吸持转运的多孔材料的上方后，控制机械手向下运动直至复合吸盘与待吸持转运物品相接；

当待吸持转运物品为多孔材料时，启动复合吸盘中的静电吸盘，通过静电吸盘将待吸持转运物品通过静电吸持，而后控制机械手上升并运动至目标位置后，控制机械手下降至放置位，将静电吸盘断静电的同时，启动真空吸盘进行吹气，使得待吸持转运物品迅速掉落至放置位；

当待吸持转运物品为无孔材料时，启动复合吸盘中的真空吸盘，通过真空吸盘将待吸持转运物品通过压差吸持，而后控制机械手上升并运动至目标位置后，控制机械手下降至放置位，启动真空吸盘进行吹气，使得待吸持转运物品迅速掉落至放置位。

上述的机械手、机器人以及吸持转运方法主要应用于燃料电池电堆、PEM电解水制氢电堆、全钒液流电池电堆、碱水制氢电堆以及储能电池电堆碳毡等产品的组装生产。

本发明提供的基于真空静电复合吸盘的机械手，由机械手臂和吸盘构成，其中，吸盘为真空静电吸盘，由固定板与机械手臂的端部连接，并以基架作为真空静电复合吸盘的整体支撑，由驱动机构进行基架以及复合吸盘单元的驱动，实现基架以及复合吸盘单元相对固定板的位置调整，其中，该复合吸盘首次将真空吸盘与静电吸盘进行组成，组合后的复合吸盘不仅可以完成不同性质物品的吸持，将其安装在机械手的端部，一个机械手就可以完成不同性质物品的吸持和转运，降低生产的投入成本，而且采用静电吸盘进行钛网等多孔材料的吸持和转运时，当到达目标位置后断开静电的同时启动真空吸盘进行吹气，可实现静电吸盘上吸持的钛网等多孔材料迅速掉落，大幅度提高工作效率。

本发明提供的基于真空静电复合吸盘的机械手，具有结构简单、设计合理、使用方便、可以吸持不同性质物品等优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明公开实施例提供的一种基于真空静电复合吸盘的机械手中真空静电复合吸盘的结构示意图；

图2为本发明公开实施例提供的一种基于真空静电复合吸盘的机械手中真空静电复合吸盘的侧视结构示意图；

图3为本发明公开实施例提供的一种基于真空静电复合吸盘的机械手中真空静电复合吸盘的俯视结构示意图；

图4为本发明公开实施例提供的一种基于真空静电复合吸盘的机械手中真空静电复合吸盘的仰视结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

为了解决以往在进行全钒液流储能电池、电解水制氢电池以及燃料电池的生产时，静电吸盘将吸持的钛网等多孔材料转运到目标位置后，无法实现迅速掉落放置，导致工作效率低的问题以及同时两种不同性质的机械手，存在占地面积大，设备成本高以及操作不便的问题，本实施方案提供了一种基于真空静电复合吸盘的机械手，该机械手包括：机械手臂以及吸盘，所述吸盘固定设置在所述机械手臂的端部，且所述吸盘为真空静电复合吸盘。

参见图1-图4，该真空静电复合吸盘主要由基架1、复合吸盘单元2、固定板3以及驱动机构4构成，其中，复合吸盘单元2内设置有真空吸盘21以及静电吸盘22两种不同类型的吸盘，真空吸盘21和静电吸盘22均位于基架1的下方，与基架1固定连接，驱动机构4相对固定板3固定设置，实际生产时，驱动机构4可直接固定在固定板3上，且驱动机构4与基架1驱动连接，在驱动机构4的驱动下，基架1可相对固定板3转动，进行位置调节，上述固定板3还与机械手臂的端部固定连接，实现真空静电复合吸盘与机械手臂的连接。

上述机械手中的复合吸盘首次将静电吸盘和真空吸盘组装在一起形成复合吸盘，将二者复合到一起后，不仅通过真空吸盘和静电吸盘可以分别进行无孔材料以及有孔材料的吸持，进行不同性质物品的吸持，而且通过静电吸盘进行有孔材料的吸持放置时，通过真空吸盘进行吹气，可使得静电吸盘上的有孔材料迅速掉落，有效解决以往静电吸盘进行有孔材料吸持时，存在放置掉落滞后性，导致工作效率慢的问题。

参见图4，该真空静电复合吸盘中设置有两个复合吸盘单元2，两个复合吸盘2沿着基架1的长度方向间隔设置，在实际的生产中，可以根据需要吸附物品的大小以及多少增加或者减少复合吸盘单元2的个数，既可以是沿着基架1的长度方向间隔设置，也可以是在基架1上呈阵列设置，其中，每个复合吸盘单元2均由两个真空吸盘21以及两个静电吸盘22，上述两个真空吸盘间隔平行设置，每个真空吸盘21均为长条型，且顶部与基架1固定连接，两个静电吸盘22均位于两个真空吸盘21之间，沿着真空吸盘21的长度方向间隔设置，每个静电吸盘22的顶部均与基架1固定连接。

上述复合吸盘中设置有多个静电吸盘，在工作时，大型的多孔材料可通过多个静电吸盘同时工作进行吸持，而对于小型的多孔材料则可以仅启动其中的一个或者是两个进行工作，因此，相应的多个静电控制器既可以是由一个控制器进行控制工作，也可以是由多个控制器进行控制工作，可根据实际需要进行选择。由于该静电吸盘的吸附力均匀，吸附时不会出现局部受力，对大面积薄片工件轻软支撑，吸附时不会产生伤痕和皱纹，既能完成吸持转运工作，又能不对物品造成损伤。

为了实现位置校正的功能，作为技术方案的改进，参见图1、图2、图3，在每个复合吸盘单元2中还均设置有视觉检测装置23，该视觉检测装置23位于两个真空吸盘21以及两个静电吸盘22围成的区域内部，即复合吸盘单元的中间位置，该视觉检测装置23与基架1固定连接，用于进行位置检测，通过视觉检测装置23反馈的位置信息，可再进行驱动机构的微调，进行校正、校准。

上述复合吸盘单元2中真空吸盘21可选用海绵真空吸盘，以避免对待吸持转运物品造成损伤。

参见图1、图2，提供了一种具体的驱动机构4，该驱动机构4主要由驱动电机41、驱动齿轮42以及回转轴承43构成，其中，驱动电机41固定安装在固定板3上，驱动齿轮42固定套装在驱动电机41的输出轴上，回转轴承43设置在固定板3与基架1之间，回转轴承43的内圈与固定板3固定连接，回转轴承43的外圈与基架1固定连接，且回转轴承43中外圈的外侧齿与所述驱动齿轮42啮合。其中，驱动电机41可选用伺服电机。

上述驱动机构，通过伺服电机转动可带动驱动齿轮转动，由驱动齿轮进行回转轴承外圈的驱动，进而带动基架及其下方的复合吸盘单元一同转动，实现位置调节。

参见图1，基架1主要由框架11以及基板12构成，其中，框架11由多个边框依次首尾连接构成，基板12的侧壁与框架11中的边框固定连接。

本实施方案提供了一种机器人，在该机器人中设置有上述机械手，可以进行不同性质物品的吸持。

本实施方案具体提供了一种基于真空静电复合吸盘的吸持转运方法，该方法中采用上述实施方案中的机械手或者机器人进行物品的吸持转运，具体过程为：

调整机械手至工作位，启动驱动机构调整所述基架及复合吸盘单元的位置，使得复合吸盘位于待吸持转运的多孔材料的上方后，控制机械手向下运动直至复合吸盘与待吸持转运物品相接；

当待吸持转运物品为多孔材料时，启动复合吸盘中的静电吸盘，通过静电吸盘将待吸持转运物品通过静电吸持，而后控制机械手上升并运动至目标位置后，控制机械手下降至放置位，将静电吸盘断静电的同时，启动真空吸盘进行吹气，使得待吸持转运物品迅速掉落至放置位；

当待吸持转运物品为无孔材料时，启动复合吸盘中的真空吸盘，通过真空吸盘将待吸持转运物品通过压差吸持，而后控制机械手上升并运动至目标位置后，控制机械手下降至放置位，启动真空吸盘进行吹气，使得待吸持转运物品迅速掉落至放置位。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种基于真空静电复合吸盘的机械手，其特征在于，包括：机械手臂以及吸盘，所述吸盘固定设置在所述机械手臂的端部，且所述吸盘为真空静电复合吸盘；

所述真空静电复合吸盘包括：基架（1）、复合吸盘单元（2）、固定板（3）以及驱动机构（4）；

所述复合吸盘单元（2）包括：真空吸盘（21）以及静电吸盘（22），所述真空吸盘（21）和所述静电吸盘（22）均位于所述基架（1）的下方，与所述基架（1）固定连接；

所述固定板（3）的上表面与所述机械手臂的端部固定连接，所述固定板（3）的下表面与所述基架（1）转动连接；

所述驱动机构（4）相对所述固定板（3）固定设置，所述驱动机构（4）与所述基架（1）驱动连接，在所述驱动机构（4）的驱动下，所述基架（1）可相对所述固定板（3）转动，进行位置调节。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述复合吸盘单元（2）包括：两个真空吸盘（21）以及两个静电吸盘（22）；

两个所述真空吸盘（21）间隔平行设置，每个所述真空吸盘（21）均为长条型，且顶部与所述基架（1）固定连接；

两个所述静电吸盘（22）均位于两个所述真空吸盘（21）之间，沿着所述真空吸盘（21）的长度方向间隔设置，每个所述静电吸盘（22）的顶部均与所述基架（1）固定连接。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述复合吸盘单元（2）还包括：视觉检测装置（23）；

所述视觉检测装置（23）位于两个所述真空吸盘（21）以及两个所述静电吸盘（22）围成的区域内部，所述视觉检测装置（23）与所述基架（1）固定连接，用于进行位置检测。

4.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述真空吸盘（21）为海绵真空吸盘。

5.根据权利要求1-4任一所述的机械手，其特征在于，所述复合吸盘中设置有至少两个复合吸盘单元（2）。

6.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述驱动机构（4）包括：驱动电机（41）、驱动齿轮（42）以及回转轴承（43）；

所述驱动电机（41）固定安装在所述固定板（3）上；

所述驱动齿轮（42）固定套装在所述驱动电机（41）的输出轴上；

所述回转轴承（43）设置在所述固定板（3）与所述基架（1）之间，所述回转轴承（43）的内圈与所述固定板（3）固定连接，所述回转轴承（43）的外圈与所述基架（1）固定连接，且所述回转轴承（43）中外圈的外侧齿与所述驱动齿轮（42）啮合。

7.根据权利要求6所述的机械手，其特征在于，所述驱动电机（41）为伺服电机。

8.一种机器人，其特征在于，所述机器人中设置有权利要求1-7任一所述的机械手。

9.一种基于真空静电复合吸盘的吸持转运方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的机械手进行物品的吸持转运或者采用权利要求8中的机器人进行物品的吸持转运，具体过程为：

调整机械手至工作位，启动驱动机构调整所述基架及复合吸盘单元的位置，使得复合吸盘位于待吸持转运的多孔材料的上方后，控制机械手向下运动直至复合吸盘与待吸持转运物品相接；

当待吸持转运物品为多孔材料时，启动复合吸盘中的静电吸盘，通过静电吸盘将待吸持转运物品通过静电吸持，而后控制机械手上升并运动至目标位置后，控制机械手下降至放置位，将静电吸盘断静电的同时，启动真空吸盘进行吹气，使得待吸持转运物品迅速掉落至放置位；

当待吸持转运物品为无孔材料时，启动复合吸盘中的真空吸盘，通过真空吸盘将待吸持转运物品通过压差吸持，而后控制机械手上升并运动至目标位置后，控制机械手下降至放置位，启动真空吸盘进行吹气，使得待吸持转运物品迅速掉落至放置位。

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