淺析光伏組件自動化生產(chǎn)線上機械手的設(shè)計

邵明偉

[摘 ? ?要 ]我國是一個工業(yè)生產(chǎn)大國，在光伏組件自動化生產(chǎn)過程中，機械手作為生產(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，才可以保證自動化生產(chǎn)正常運行。在自動化生產(chǎn)線上，為保證機械手的高效率運行，需要對機械手的設(shè)計進行優(yōu)化，本文在光伏組件的自動生產(chǎn)化線上，以機械手智能控制系統(tǒng)的原理和技術(shù)性能為標(biāo)準(zhǔn)，從機械手機機械部分和電控制部分的設(shè)計理念出發(fā)，提出了機械臂等機械制造部分的設(shè)計方案，分析并研究了光伏組件自動化生產(chǎn)線上機械手的設(shè)計，以期提高生產(chǎn)效率。

[關(guān)鍵詞]光伏組件;自動化生產(chǎn)線;機械手;設(shè)計;分析

[中圖分類號]TP241.2 [文獻標(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

在社會的進步和經(jīng)濟的發(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。其中機械設(shè)備的使用越來越多，隨著工業(yè)化進程的不斷加深，對自動化生產(chǎn)的要求就會越來越高，從這樣的發(fā)展趨勢來看，自動化發(fā)展前景是非常好的。在對機械開展設(shè)計時，除了要考慮它的功能性以外，還要在自動化方面進行深研究，使設(shè)計出的產(chǎn)品更加符合生產(chǎn)的需要，通過對光伏自動化生產(chǎn)工藝水平的研究，以及對光伏組件自動化生產(chǎn)線中的機械手進行優(yōu)化設(shè)計，進一步保證所設(shè)計機械手的安全性和可靠性，并以此為光伏自動化生產(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化生產(chǎn)線為中心，進行分析研究，促進我國現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)的發(fā)展。

1 自動化機械手的概述和應(yīng)用

1.1 自動化機械手的概述

自動化設(shè)備機械是由控制系統(tǒng)、檢測單元、執(zhí)行部件、傳動結(jié)構(gòu)等部件組成，在操作中，通過程序的編訂，進行對機械部件的控制，使之按照規(guī)定的內(nèi)容進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。對于光伏組件自動生產(chǎn)線中機械手而言，它的設(shè)計在一定程度上是機械設(shè)計中的所屬范圍，為了進一步了解控制線的設(shè)計。從控制系統(tǒng)的角度出發(fā)，設(shè)計了智能儲物艙，可以分為兩大組成部分，分別是存儲管理和計算機控制部分。主要有以下內(nèi)容：

（1）儲存配置管理。在機械手的作用下，它是構(gòu)成光伏組件自動化的主要部分，然后將其堆放在原料框架上。循環(huán)過程結(jié)束后，另外機械手進行相應(yīng)的工作。首先要抓住需要運送的物品，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，用來控制機械手，從而順利完成垂直方向和橫向運動。

（2）計算機控制。在空間坐標(biāo)系的應(yīng)用中，計算機控制系統(tǒng)可以將零件的傳輸路徑和目標(biāo)位置轉(zhuǎn)換為機械手識別的脈沖放電指令。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)動程序可以接受命令。同時，對于伺服電機編碼器，利用相應(yīng)部分的信號，可以對計算機控制系統(tǒng)進行有效地控制反饋，實現(xiàn)防關(guān)閉控制功能。

1.2 自動化機械手的應(yīng)用

目前，裝配線機械手的應(yīng)用越來越廣泛。裝配線機械手的延伸和人類活動的擴展可以利用危險環(huán)境（有毒、高溫、高壓、放射性）進行裝配作業(yè)，降低人工參與裝配的風(fēng)險，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，一般的機器人和人類都不能使用這種機械手。由于其自身的諸多特點，其應(yīng)用和發(fā)展已經(jīng)在人類社會和工業(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械手、發(fā)動機裝配線機械手、電子產(chǎn)品裝配線機械手等流水線機械手等，應(yīng)用最廣泛的是流水線機械手，包括飛機制造、汽車制造、電機制造、金屬設(shè)計、通用制造等制造領(lǐng)域。

2 光伏組件自動化生產(chǎn)線上機械手的設(shè)計要素

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

2.1 氣爪動作設(shè)計的要點

在設(shè)計機械手的過程中，氣爪動作設(shè)計是非常重要的部分。主要是氣爪作業(yè)要保證安全可靠，進一步提高機械手的工作效率，提高光伏組件在自動化生產(chǎn)過程中的捕捉效率，從而掌握操作設(shè)計的關(guān)鍵點。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)計氣爪動作的過程中，包括氣源三聯(lián)系（包括除霧機、空氣過濾器、減壓閥）是可以使用的，這個裝置體積小，安裝方便，以鋁合金為原料，提高機器手的操作穩(wěn)定性和安全性，例如在設(shè)計機械手的過程中，當(dāng)空氣壓縮機無法正常工作時能夠?qū)崿F(xiàn)自動排水，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 機械臂的設(shè)計要點

在機械手的設(shè)計中，機械臂是非常重要的，為了讓機械臂能夠承受相應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的重力，設(shè)計的臂要根據(jù)比例實現(xiàn)平衡。近幾年來，按照設(shè)計機械臂總結(jié)出來的經(jīng)驗，鋁材料可以作為負載選擇，按照不同臂段的外形尺寸進行準(zhǔn)確調(diào)整，不僅可以使機械手的操作性得到實現(xiàn)，還能使設(shè)計美觀效果得到提高，每段臂之間的連接都采用軸連接方式，而軸承和機械臂是通過鏈套連接在一起的。此外，作為組成機械手的重要零部件，必須保證動力矩設(shè)計的強化，保證機械手的正常運行。因此，在三個手臂之間安裝了高波紋齒輪減速器，并在機臂上安裝了軟性部件，為實現(xiàn)高波紋齒輪減速器功能提供了有效地保障，另外，各個臂的區(qū)間在運動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，實現(xiàn)機械臂的有效傳遞，結(jié)合光伏電池之間自動生產(chǎn)線的實際要求，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，保證機械臂的整體設(shè)計不斷優(yōu)化。

3 機械手設(shè)計使用時存在的問題

3.1 機械手設(shè)計中出現(xiàn)的變形工藝系統(tǒng)問題

機械手的生產(chǎn)零部件時，需要使用相應(yīng)的原材料來進行設(shè)計。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行設(shè)計，采用的材料硬度不能夠滿足機床設(shè)計要求時，就有可能在設(shè)計過程中出現(xiàn)零部件變形的情況。如果出現(xiàn)變形的情況，生產(chǎn)的零部件將會和實際要求有一定的誤差，誤差的出現(xiàn)以后，會影響到零部件的質(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)重的誤差還會造成零部件的直接報廢，為機械設(shè)計增加生產(chǎn)成本。對于機械手設(shè)計的工作人員，需要重視對機械手零部件設(shè)計中出現(xiàn)的變形誤差問，保證好生產(chǎn)的質(zhì)量，提高機械設(shè)計的精確度。

3.2 機械手中出現(xiàn)的器具誤差

機械手在設(shè)計或者設(shè)計中會使用很多的器具，這些器具包括設(shè)計的道具和夾具，而且這些工具在機械設(shè)計中使用的頻率是非常高，在設(shè)計產(chǎn)品時是不可或缺的元件。對于這些設(shè)計器具的使用過程中，會根據(jù)設(shè)計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)重時會影響機械手生產(chǎn)的質(zhì)量。

3.3 管理人員整體素質(zhì)需提升

在自動化生產(chǎn)線機械手的設(shè)計中可以看出，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化生產(chǎn)的有效落實，其中主要地表現(xiàn)為：一些管理人員沒有一定責(zé)任心，在實施安全控制工作時，總是有些粗心、對工作不積極等情況的發(fā)生，當(dāng)自動化發(fā)生問題時，不積極解決。另外，自動化生產(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，對光伏組件和自動化技術(shù)的認(rèn)識不深刻。沒有辦法有效的處理好系統(tǒng)運行中經(jīng)常發(fā)生的問題。

3.4 機械手機床制造的問題

一般的情況下，會出現(xiàn)操作技術(shù)人員對機床的不規(guī)范操作，不規(guī)范的操作會導(dǎo)致機床重點部位環(huán)節(jié)設(shè)計時出現(xiàn)誤差，比如導(dǎo)軌出現(xiàn)的誤差，這種誤差的出現(xiàn)會影響整個機械手部件生產(chǎn)質(zhì)量。導(dǎo)軌誤差主要是在機床的各個元件運行時，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，因此對機械的操作時會出現(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 機械手設(shè)計中出現(xiàn)問題的解決方法

4.1 對溫度的合理控制

機械手設(shè)計過程中，由于使用的設(shè)計工藝不同，會在設(shè)計時出現(xiàn)溫度過高的情況。溫度一旦超過材料耐溫程度，設(shè)計過程中會出現(xiàn)零部件的變形情況。因此在使用機械設(shè)計的工程中，要嚴(yán)格把控溫度的控制。設(shè)計產(chǎn)品時需要根據(jù)材料的耐溫程度采用合理的設(shè)計技術(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還需要注意和設(shè)計工藝相集合，需要設(shè)計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)機械創(chuàng)新思維

創(chuàng)新是一個民族和國家發(fā)展的重要來源，創(chuàng)新是具有獨創(chuàng)性、實用性、突破性、聯(lián)動性的創(chuàng)造性思維，創(chuàng)新可以成為中國經(jīng)濟升級的強大動力，作為機械設(shè)備設(shè)計者，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)計手段，以傳統(tǒng)模式為基礎(chǔ)進行創(chuàng)新。首先機械設(shè)計師要有強大的創(chuàng)新意識。同時，要將這種意識運用到實踐中，在實踐中進行創(chuàng)新，打破原有的思維方式，以創(chuàng)新的思想去思考，合格的機械設(shè)備設(shè)計師總是想著創(chuàng)新，用多種思維方式思考和創(chuàng)新，將專業(yè)知識用在基礎(chǔ)上進行革新。

在機械手的設(shè)計階段，創(chuàng)新思維方式的培養(yǎng)非常重要，因為機械創(chuàng)新設(shè)計是一項非常有創(chuàng)造性的工作。作為機械手的設(shè)計人員，在提高自身知識水平和能力的同時，也要培養(yǎng)創(chuàng)新思維方式。機械設(shè)計工作要以新的視角看待，突破傳統(tǒng)的設(shè)計方法和思維方式，探索新途徑，同時運用先進的設(shè)計手段，從而使當(dāng)前的設(shè)計得到完善，進而創(chuàng)造新的設(shè)計作品，當(dāng)然發(fā)散思維也是創(chuàng)新設(shè)計不可或缺的元素。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)計靈感，進一步優(yōu)化和改進設(shè)計。

5 結(jié)束語

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

參考文獻

[1] 李紅海，邵善鵬，趙旭，等.光伏組件生產(chǎn)線碼垛機械手的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（32）：86-88.

[2] 谷玉之，瞿暢，徐魏魏，等.光伏組件自動清掃機器人系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].機械設(shè)計，2020，37（9）：49-55.

[3] 寧會峰，鄢志彬，李曉，等.移動式光伏組件清掃機械臂D-H模型與運動規(guī)劃[J].太陽能學(xué)報，2019，40（12）：3541-3547.

[4] 曹盼盼，石磊，張亮，等.回轉(zhuǎn)式光伏組件封裝系統(tǒng)的設(shè)計初探[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（28）：84-85.

[5] 王偉志.積灰對光伏組件影響及清灰設(shè)備機械臂研究[D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2019.

[6] 申開愉，趙科巍，呂濤，等.光伏組件自動化生產(chǎn)線上機械手的設(shè)計[J].機械管理開發(fā)，2018，33（3）：122-123.

[7] 蔣蓮，袁靜萍.光伏組件自動化生產(chǎn)線上機械手的設(shè)計應(yīng)用[J].江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2012，18（4）：34-36，59.

[8] 史義，袁慶霓，田桂棟，等.基于改進差分進化算法的機械手軌跡控制[J].組合機床與自動化設(shè)計技術(shù)，2020（10）：103-105.

[9] 孫銀生，賀艷娜，田國豪，等.四自由度焊接機械手臂運動學(xué)建模與軌跡規(guī)劃[J].機械工程與自動化，2020（5）：163-166.

[10] 馬明龍.基于PLC的工業(yè)機械手在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2019（2）：67-68.