一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构及其抓取方法

本发明涉及燃料电池装配，尤其是涉及一种面向大幅面燃料电池装配的吸力自适应抓取机构及其抓取方法。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池是氢能的高效转换装置，在汽车等方面得到可一定应用。典型的单元质子交换膜燃料电池是由膜电极、双极板和密封元件组成。现有技术中在对燃料电池电堆进行堆叠装配时普遍采用人工装配的方式，由于膜电极和分离纸不易分离，手动交替堆叠双极板和膜电极过程中不可避免会出现差错，由于抓取不当引起大幅面双极板翘曲变形从而影响极板的堆叠质量。若极板堆叠时出现流道不对齐现象，需要将整个电堆拆散并重新装配，影响电堆的生产效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构及其抓取方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、作为本发明的第一方面，提供一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，所述抓取机构的末端执行器包括：夹具框架、吸头机构、激光测距机构以及视觉检测机构；

4、所述的吸头机构安装在夹具框架上，基于双极板不同区域分别设置有相匹配的吸头；

5、所述的激光测距机构，用于测量抓取机构与抓取对象间的距离；

6、所述的视觉检测机构，用于获取抓取对象的图像并对抓取对象进行识别；

7、所述的抓取机构还包括控制系统，所述控制系统分别与激光测距机构及视觉检测机构相连，用于根据抓取对象表面特征结构以及吸头到双极板的距离调节每个吸头吸力大小。

8、作为优选技术方案，所述的吸头机构包括：真空发生器以及通过气管与真空发生器连接的吸头，所述气管上设置有气管转换器以及用于安装固定吸头的金具。

9、作为优选技术方案，与吸取双极板边缘区域对应的所述吸头机构使用橡胶吸头，与双极板流道区域对应的吸头机构使用特征匹配吸头。

10、作为优选技术方案，所述的特征匹配吸头包括自与连接端至吸取面依次相连的顶端连接口、圆柱型小腔、圆柱型大腔及双极板流道接触面；

11、所述的双极板流道接触面上设置有与双极板表面形状特征相匹配的吸取槽，所述吸取槽上分布有用于吸取双极板的真空吸气孔。

12、作为优选技术方案，所述的吸取槽与双极板流道形状相匹配。

13、作为优选技术方案，所述的吸头机构还包括支架以及用于防止支架旋转的附加固定装置；所述吸头机构通过支架安装于夹具框架上，所述夹具框架上设置有与附加固定装置配合的卡槽，所述附加固定装置设置安装在所述卡槽中。

14、作为优选技术方案，所述的激光测距机构包括激光传感器，所述激光传感器安装在夹具框架上。

15、作为优选技术方案，所述的视觉检测机构包括照相机及图像处理系统。

16、作为优选技术方案，所述的控制系统包括plc控制器、机械臂以及交换机；

17、所述的控制系统分别与吸头机构、激光测距机构及视觉检测机构相连；

18、所述的交换机作为连接网络设备，通过数据交换的方式进行机械臂、吸头机构、激光测距机构、视觉检测机构与plc控制器之间的数据转换传输。

19、作为本发明的第二方面，提供一种燃料电池装配的吸力自适应抓取方法，所述方法采用如上所述的抓取机构，通过控制系统控制控制末端执行器于膜电极组取料位、双极板取料位以及堆叠位和废料位间进行装配作业，具体步骤包括：

20、所述控制系统控制机械臂移动到双极板取料位，由激光测距机构测量末端执行器到取料位顶层双极板的距离，并将测量数据传递给plc控制器；所述plc控制器根据激光测距机构测量的数据控制末端执行器在取料位下降的位移量；当末端执行器到达双极板取料位后，所述plc控制器控制启动特征匹配吸头和橡胶吸头，并基于吸头到双极板的距离调节吸力大小；所述特征匹配吸头吸住双极板流道部位，橡胶吸头吸住双极板边缘部位，将双极板运输到堆叠位；由激光测距机构测量末端执行器到堆叠位顶层双极板的距离，并将测量数据传递给plc控制器；由视觉检测机构对金属极板进行拍照，然后通过视觉检测机构的图像处理系统对双极板的实拍数据与预设数据进行对比，末端执行器调整水平方向误差；plc控制器根据激光测距机构测量的数据控制末端执行器在堆叠位的目标释放位置，并放置双极板；

21、所述控制系统控制机械臂移动到膜电极取料位，由激光测距机构测量末端执行器到取料位顶层分离纸的距离，并将测量数据传递给plc控制器；所述plc控制器根据激光测距机构测量的数据来控制末端执行器在取料位应该下降的位移量；当末端执行器到达膜电极取料位后，plc控制器控制启动特征匹配吸头和橡胶吸头，所述特征匹配吸头和橡胶吸头吸住分离纸并运输到废料位，关闭真空发生器使分离纸脱落；

22、所述控制系统控制机械臂移动到膜电极取料位，由激光测距机构测量末端执行器到取料位膜电极的距离，并将测量数据传递给plc控制器；所述plc控制器根据激光测距机构测量的数据来控制末端执行器在取料位应该下降的位移量；当末端执行器到达膜电极取料位后，plc控制器控制启动特征匹配吸头和橡胶吸头，并基于吸头到双极板的距离调节吸力大小；所述特征匹配吸头和橡胶吸头吸住膜电极并运输到堆叠位，由激光测距机构测量末端执行器到堆叠位顶层双极板的距离，并将测量数据传递给plc控制器，所述plc控制器根据激光测距机构测量的数据控制末端执行器在堆叠位的目标释放位置，并放置膜电极。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、1)本发明的抓取机构结果简单、安装方便，在吸取膜电极时，调节吸力以分离膜电极和分离纸；每个吸头根据双极板表面特征结构，及吸头到双极板的距离自适应调节吸力大小，保证双极板在抓取过程中幅面受力均匀，不会产生过大翘曲变形。

25、2)在吸取双极板时，基于双极板不同区域选择匹配的吸头，在双极板边缘区域使用橡胶吸头，在流道区域使用特征匹配吸头，吸头机构表面结构与双极板表面流道特征相匹配，减少双极板被抓取过程中产生的滑移偏差，保证电堆中相邻双极板流道对齐。

技术特征：

1.一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述抓取机构的末端执行器包括：夹具框架(2)、吸头机构(4)、激光测距机构以及视觉检测机构；

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述的吸头机构(4)包括：真空发生器(41)以及通过气管(43，45)与真空发生器(41)连接的吸头，所述气管(43，45)上设置有气管转换器(44)以及用于安装固定吸头的金具(46)。

3.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，与吸取双极板边缘区域对应的所述吸头机构(4)使用橡胶吸头(49)，与双极板流道区域对应的吸头机构(4)使用特征匹配吸头(47)。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述的特征匹配吸头(47)包括自与连接端至吸取面依次相连的顶端连接口(471)、圆柱型小腔(472)、圆柱型大腔(473)及双极板流道接触面(474)；

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述的吸取槽(475)与双极板流道形状相匹配。

6.根据权利要求2所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述的吸头机构(4)还包括支架(42)以及用于防止支架(42)旋转的附加固定装置(48)；所述吸头机构(4)通过支架(42)安装于夹具框架(2)上，所述夹具框架(2)上设置有与附加固定装置(48)配合的卡槽，所述附加固定装置(48)设置安装在所述卡槽中。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述的激光测距机构包括激光传感器(5)，所述激光传感器(5)安装在夹具框架(2)上。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述的视觉检测机构包括照相机(6)及图像处理系统。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构，其特征在于，所述的控制系统包括plc控制器、机械臂以及交换机；

10.一种燃料电池装配的吸力自适应抓取方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-9任一所述的抓取机构，通过控制系统控制控制末端执行器于膜电极组取料位、双极板取料位以及堆叠位和废料位间进行装配作业，具体步骤包括：

技术总结本发明涉及一种燃料电池装配的吸力自适应抓取机构及其抓取方法，抓取机构的末端执行器包括：夹具框架、吸头机构、激光测距机构以及视觉检测机构；吸头机构安装在夹具框架上，基于双极板不同区域分别设置有相匹配的吸头；激光测距机构，用于测量抓取机构与抓取对象间的距离；视觉检测机构，用于获取抓取对象的图像并对抓取对象进行识别；抓取机构还包括控制系统，控制系统分别与激光测距机构及视觉检测机构相连，用于根据抓取对象表面特征结构以及吸头到双极板的距离调节每个吸头吸力大小。与现有技术相比，本发明保证双极板在抓取过程中幅面受力均匀并消除双极板在被抓取移动过程中可能产生的滑移现象，提高了双极板堆叠装配过程的可靠性。技术研发人员：黎光中,谢语卓,李仕豪,克里斯托弗·艾尔曼,赵立焱,张欣哲,李康昊,张为民受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13