淺析光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線上機(jī)械手的設(shè)計(jì)

邵明偉

[摘 ? ?要 ]我國是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)大國，在光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，機(jī)械手作為生產(chǎn)線上的重要組成部分，發(fā)揮著不可替代的作用，因此在生產(chǎn)過程中，才可以保證自動(dòng)化生產(chǎn)正常運(yùn)行。在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，為保證機(jī)械手的高效率運(yùn)行，需要對機(jī)械手的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，本文在光伏組件的自動(dòng)生產(chǎn)化線上，以機(jī)械手智能控制系統(tǒng)的原理和技術(shù)性能為標(biāo)準(zhǔn)，從機(jī)械手機(jī)機(jī)械部分和電控制部分的設(shè)計(jì)理念出發(fā)，提出了機(jī)械臂等機(jī)械制造部分的設(shè)計(jì)方案，分析并研究了光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線上機(jī)械手的設(shè)計(jì)，以期提高生產(chǎn)效率。

[關(guān)鍵詞]光伏組件;自動(dòng)化生產(chǎn)線;機(jī)械手;設(shè)計(jì);分析

[中圖分類號]TP241.2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]My country is a large industrial production country. In the automated production of photovoltaic modules， manipulators play an irreplaceable role as an important part of the production line. Only in the production process can the automated production run normally. In the automated production line， in order to ensure the high-efficiency operation of the manipulator， it is necessary to optimize the design of the manipulator. In the automatic production line of photovoltaic modules， the principle and technical performance of the manipulator intelligent control system are used as the standard. Starting from the design concept of the electrical control part， the design scheme of the mechanical manufacturing part such as the manipulator arm was proposed， and the design of the manipulator on the photovoltaic module automated production line was analyzed and studied， in order to improve the production efficiency.

[Keywords]photovoltaic module; automated production line; manipulator; design; analysis

在社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的影響下，我國的科技水平和生產(chǎn)力水平也在迅速提高。其中機(jī)械設(shè)備的使用越來越多，隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加深，對自動(dòng)化生產(chǎn)的要求就會(huì)越來越高，從這樣的發(fā)展趨勢來看，自動(dòng)化發(fā)展前景是非常好的。在對機(jī)械開展設(shè)計(jì)時(shí)，除了要考慮它的功能性以外，還要在自動(dòng)化方面進(jìn)行深研究，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品更加符合生產(chǎn)的需要，通過對光伏自動(dòng)化生產(chǎn)工藝水平的研究，以及對光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線中的機(jī)械手進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步保證所設(shè)計(jì)機(jī)械手的安全性和可靠性，并以此為光伏自動(dòng)化生產(chǎn)的順利發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。因此，本文以光伏組件的自動(dòng)化生產(chǎn)線為中心，進(jìn)行分析研究，促進(jìn)我國現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的發(fā)展。

1 自動(dòng)化機(jī)械手的概述和應(yīng)用

1.1 自動(dòng)化機(jī)械手的概述

自動(dòng)化設(shè)備機(jī)械是由控制系統(tǒng)、檢測單元、執(zhí)行部件、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)等部件組成，在操作中，通過程序的編訂，進(jìn)行對機(jī)械部件的控制，使之按照規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。對于光伏組件自動(dòng)生產(chǎn)線中機(jī)械手而言，它的設(shè)計(jì)在一定程度上是機(jī)械設(shè)計(jì)中的所屬范圍，為了進(jìn)一步了解控制線的設(shè)計(jì)。從控制系統(tǒng)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了智能儲(chǔ)物艙，可以分為兩大組成部分，分別是存儲(chǔ)管理和計(jì)算機(jī)控制部分。主要有以下內(nèi)容：

（1）儲(chǔ)存配置管理。在機(jī)械手的作用下，它是構(gòu)成光伏組件自動(dòng)化的主要部分，然后將其堆放在原料框架上。循環(huán)過程結(jié)束后，另外機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的工作。首先要抓住需要運(yùn)送的物品，然后將其傳送到傳輸線上，但是要了解的是，在光伏組件的自動(dòng)化生產(chǎn)線上，要使用原料組成組件，在此之中，起到控制作用的是伺服馬達(dá)，用來控制機(jī)械手，從而順利完成垂直方向和橫向運(yùn)動(dòng)。

（2）計(jì)算機(jī)控制。在空間坐標(biāo)系的應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以將零件的傳輸路徑和目標(biāo)位置轉(zhuǎn)換為機(jī)械手識(shí)別的脈沖放電指令。經(jīng)過在工業(yè)系統(tǒng)中收集的數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信處理后，服務(wù)器驅(qū)動(dòng)程序可以接受命令。同時(shí)，對于伺服電機(jī)編碼器，利用相應(yīng)部分的信號，可以對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行有效地控制反饋，實(shí)現(xiàn)防關(guān)閉控制功能。

1.2 自動(dòng)化機(jī)械手的應(yīng)用

目前，裝配線機(jī)械手的應(yīng)用越來越廣泛。裝配線機(jī)械手的延伸和人類活動(dòng)的擴(kuò)展可以利用危險(xiǎn)環(huán)境（有毒、高溫、高壓、放射性）進(jìn)行裝配作業(yè)，降低人工參與裝配的風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，一般的機(jī)器人和人類都不能使用這種機(jī)械手。由于其自身的諸多特點(diǎn)，其應(yīng)用和發(fā)展已經(jīng)在人類社會(huì)和工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生，目前世界上已經(jīng)為各種裝配線開發(fā)了100多種通用手，如汽車零部件裝配線機(jī)械手、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線機(jī)械手、電子產(chǎn)品裝配線機(jī)械手等流水線機(jī)械手等，應(yīng)用最廣泛的是流水線機(jī)械手，包括飛機(jī)制造、汽車制造、電機(jī)制造、金屬設(shè)計(jì)、通用制造等制造領(lǐng)域。

2 光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線上機(jī)械手的設(shè)計(jì)要素

在光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程中，不僅要理解機(jī)械手系統(tǒng)，更要深入了解機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本方向，以及機(jī)械設(shè)計(jì)部分和電氣控制設(shè)計(jì)部分，依據(jù)規(guī)范和要領(lǐng)提高機(jī)械手相關(guān)技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 氣爪動(dòng)作設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)機(jī)械手的過程中，氣爪動(dòng)作設(shè)計(jì)是非常重要的部分。主要是氣爪作業(yè)要保證安全可靠，進(jìn)一步提高機(jī)械手的工作效率，提高光伏組件在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的捕捉效率，從而掌握操作設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。也就是說，在管道的基礎(chǔ)上安裝壓力閥和壓力繼電器，安裝空氣過濾器可以提高氣罐操作的可靠性，需要注意的是在設(shè)計(jì)氣爪動(dòng)作的過程中，包括氣源三聯(lián)系（包括除霧機(jī)、空氣過濾器、減壓閥）是可以使用的，這個(gè)裝置體積小，安裝方便，以鋁合金為原料，提高機(jī)器手的操作穩(wěn)定性和安全性，例如在設(shè)計(jì)機(jī)械手的過程中，當(dāng)空氣壓縮機(jī)無法正常工作時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)排水，減壓閥具有非常敏感的調(diào)壓功能，有利于工作效率的提高。

2.2 機(jī)械臂的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，機(jī)械臂是非常重要的，為了讓機(jī)械臂能夠承受相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重力，設(shè)計(jì)的臂要根據(jù)比例實(shí)現(xiàn)平衡。近幾年來，按照設(shè)計(jì)機(jī)械臂總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)，鋁材料可以作為負(fù)載選擇，按照不同臂段的外形尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，不僅可以使機(jī)械手的操作性得到實(shí)現(xiàn)，還能使設(shè)計(jì)美觀效果得到提高，每段臂之間的連接都采用軸連接方式，而軸承和機(jī)械臂是通過鏈套連接在一起的。此外，作為組成機(jī)械手的重要零部件，必須保證動(dòng)力矩設(shè)計(jì)的強(qiáng)化，保證機(jī)械手的正常運(yùn)行。因此，在三個(gè)手臂之間安裝了高波紋齒輪減速器，并在機(jī)臂上安裝了軟性部件，為實(shí)現(xiàn)高波紋齒輪減速器功能提供了有效地保障，另外，各個(gè)臂的區(qū)間在運(yùn)動(dòng)過程中所需的齒輪轉(zhuǎn)數(shù)不同，從而同步化通過與手環(huán)不同值的同步輪的組合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的有效傳遞，結(jié)合光伏電池之間自動(dòng)生產(chǎn)線的實(shí)際要求，與系統(tǒng)設(shè)備模型相結(jié)合，合理科學(xué)地調(diào)整設(shè)置后，保證機(jī)械臂的整體設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化。

3 機(jī)械手設(shè)計(jì)使用時(shí)存在的問題

3.1 機(jī)械手設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的變形工藝系統(tǒng)問題

機(jī)械手的生產(chǎn)零部件時(shí)，需要使用相應(yīng)的原材料來進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是采用的材料中有的硬度指標(biāo)不夠，當(dāng)然這種硬度不夠只是相對而言，機(jī)床根據(jù)生產(chǎn)的要求調(diào)整要相應(yīng)的生產(chǎn)工藝以后，需要采用一定的壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用的材料硬度不能夠滿足機(jī)床設(shè)計(jì)要求時(shí)，就有可能在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)零部件變形的情況。如果出現(xiàn)變形的情況，生產(chǎn)的零部件將會(huì)和實(shí)際要求有一定的誤差，誤差的出現(xiàn)以后，會(huì)影響到零部件的質(zhì)量，比如規(guī)格不符合要求，形狀不符合要求等，影響零部件的使用質(zhì)量，嚴(yán)重的誤差還會(huì)造成零部件的直接報(bào)廢，為機(jī)械設(shè)計(jì)增加生產(chǎn)成本。對于機(jī)械手設(shè)計(jì)的工作人員，需要重視對機(jī)械手零部件設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的變形誤差問，保證好生產(chǎn)的質(zhì)量，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的精確度。

3.2 機(jī)械手中出現(xiàn)的器具誤差

機(jī)械手在設(shè)計(jì)或者設(shè)計(jì)中會(huì)使用很多的器具，這些器具包括設(shè)計(jì)的道具和夾具，而且這些工具在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用的頻率是非常高，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)是不可或缺的元件。對于這些設(shè)計(jì)器具的使用過程中，會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)工藝的不同對器具操作也有不同的標(biāo)準(zhǔn)要求。但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，有一部分操作人員沒有嚴(yán)格按照操作標(biāo)準(zhǔn)使用器具，造成操作器具的誤差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響機(jī)械手生產(chǎn)的質(zhì)量。

3.3 管理人員整體素質(zhì)需提升

在自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)械手的設(shè)計(jì)中可以看出，一些管理人員存在整體素質(zhì)欠缺，在一定程度上影響自動(dòng)化生產(chǎn)的有效落實(shí)，其中主要地表現(xiàn)為：一些管理人員沒有一定責(zé)任心，在實(shí)施安全控制工作時(shí)，總是有些粗心、對工作不積極等情況的發(fā)生，當(dāng)自動(dòng)化發(fā)生問題時(shí)，不積極解決。另外，自動(dòng)化生產(chǎn)線的管理人員智能技術(shù)專業(yè)水平高低不平。相關(guān)管理人員的人力關(guān)系都較為繁瑣。一些管理人員在專業(yè)技術(shù)方面欠佳，對光伏組件和自動(dòng)化技術(shù)的認(rèn)識(shí)不深刻。沒有辦法有效的處理好系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生的問題。

3.4 機(jī)械手機(jī)床制造的問題

一般的情況下，會(huì)出現(xiàn)操作技術(shù)人員對機(jī)床的不規(guī)范操作，不規(guī)范的操作會(huì)導(dǎo)致機(jī)床重點(diǎn)部位環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差，比如導(dǎo)軌出現(xiàn)的誤差，這種誤差的出現(xiàn)會(huì)影響整個(gè)機(jī)械手部件生產(chǎn)質(zhì)量。導(dǎo)軌誤差主要是在機(jī)床的各個(gè)元件運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)相對的位置偏移，導(dǎo)軌出現(xiàn)偏移以后不能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)位置的要求，因此對機(jī)械的操作時(shí)會(huì)出現(xiàn)在誤差。在一般的情況下，出現(xiàn)的導(dǎo)軌誤差分成兩種，一種是水平導(dǎo)軌偏移，另一種是垂直導(dǎo)軌偏移。

4 機(jī)械手設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問題的解決方法

4.1 對溫度的合理控制

機(jī)械手設(shè)計(jì)過程中，由于使用的設(shè)計(jì)工藝不同，會(huì)在設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)溫度過高的情況。溫度一旦超過材料耐溫程度，設(shè)計(jì)過程中會(huì)出現(xiàn)零部件的變形情況。因此在使用機(jī)械設(shè)計(jì)的工程中，要嚴(yán)格把控溫度的控制。設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)需要根據(jù)材料的耐溫程度采用合理的設(shè)計(jì)技術(shù)，保證對外部環(huán)境溫度的有效控制。對于溫度的控制過程中，可以使用冷卻液體來控制溫度，但是使用這種方法時(shí)還需要注意和設(shè)計(jì)工藝相集合，需要設(shè)計(jì)工藝滿足使用冷卻液體的情況下才能夠采用該種控制溫度方法。

4.2 培養(yǎng)機(jī)械創(chuàng)新思維

創(chuàng)新是一個(gè)民族和國家發(fā)展的重要來源，創(chuàng)新是具有獨(dú)創(chuàng)性、實(shí)用性、突破性、聯(lián)動(dòng)性的創(chuàng)造性思維，創(chuàng)新可以成為中國經(jīng)濟(jì)升級的強(qiáng)大動(dòng)力，作為機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)者，不想在市場競爭中輸給創(chuàng)新能力就必須具備自己的設(shè)計(jì)手段，以傳統(tǒng)模式為基礎(chǔ)進(jìn)行創(chuàng)新。首先機(jī)械設(shè)計(jì)師要有強(qiáng)大的創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，要將這種意識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，在實(shí)踐中進(jìn)行創(chuàng)新，打破原有的思維方式，以創(chuàng)新的思想去思考，合格的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)師總是想著創(chuàng)新，用多種思維方式思考和創(chuàng)新，將專業(yè)知識(shí)用在基礎(chǔ)上進(jìn)行革新。

在機(jī)械手的設(shè)計(jì)階段，創(chuàng)新思維方式的培養(yǎng)非常重要，因?yàn)闄C(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常有創(chuàng)造性的工作。作為機(jī)械手的設(shè)計(jì)人員，在提高自身知識(shí)水平和能力的同時(shí)，也要培養(yǎng)創(chuàng)新思維方式。機(jī)械設(shè)計(jì)工作要以新的視角看待，突破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和思維方式，探索新途徑，同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，從而使當(dāng)前的設(shè)計(jì)得到完善，進(jìn)而創(chuàng)造新的設(shè)計(jì)作品，當(dāng)然發(fā)散思維也是創(chuàng)新設(shè)計(jì)不可或缺的元素。要從多方面角度出發(fā)，在其他事物或不同領(lǐng)域獲得設(shè)計(jì)靈感，進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語

綜上所述，在光伏組件自動(dòng)化生產(chǎn)線中。機(jī)械手的設(shè)計(jì)可以有效了解機(jī)械原理、技術(shù)性能指標(biāo)，以及機(jī)械手設(shè)計(jì)的基本思路，像機(jī)械部分的設(shè)計(jì)理念，電氣部分的設(shè)計(jì)理念等，相信在實(shí)施上述設(shè)計(jì)的過程中，可以有效地逐步優(yōu)化機(jī)械手的設(shè)計(jì)，有利于提高光伏自動(dòng)化的生產(chǎn)效率，減少了大量的人力，進(jìn)而減少成本，促進(jìn)效益的發(fā)展。

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