浅析光伏组件自动化生产线上机械手的设计

邵明伟

[摘    要 ]我国是一个工业生产大国，在光伏组件自动化生产过程中，机械手作为生产线上的重要组成部分，发挥着不可替代的作用，因此在生产过程中，才可以保证自动化生产正常运行。在自动化生产线上，为保证机械手的高效率运行，需要对机械手的设计进行优化，本文在光伏组件的自动生产化线上，以机械手智能控制系统的原理和技术性能为标准，从机械手机机械部分和电控制部分的设计理念出发，提出了机械臂等机械制造部分的设计方案，分析并研究了光伏组件自动化生产线上机械手的设计，以期提高生产效率。

[关键词]光伏组件;自动化生产线;机械手;设计;分析

[中图分类号]TP241.2 [文献标志码]A [文章编号]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

在社会的进步和经济的发展的影响下，我国的科技水平和生产力水平也在迅速提高。其中机械设备的使用越来越多，随着工业化进程的不断加深，对自动化生产的要求就会越来越高，从这样的发展趋势来看，自动化发展前景是非常好的。在对机械开展设计时，除了要考虑它的功能性以外，还要在自动化方面进行深研究，使设计出的产品更加符合生产的需要，通过对光伏自动化生产工艺水平的研究，以及对光伏组件自动化生产线中的机械手进行优化设计，进一步保证所设计机械手的安全性和可靠性，并以此为光伏自动化生产的顺利发展打下了良好的基础。因此，本文以光伏组件的自动化生产线为中心，进行分析研究，促进我国现代化工业建设的发展。

1 自动化机械手的概述和应用

1.1 自动化机械手的概述

自动化设备机械是由控制系统、检测单元、执行部件、传动结构等部件组成，在操作中，通过程序的编订，进行对机械部件的控制，使之按照规定的内容进行标准化生产。对于光伏组件自动生产线中机械手而言，它的设计在一定程度上是机械设计中的所属范围，为了进一步了解控制线的设计。从控制系统的角度出发，设计了智能储物舱，可以分为两大组成部分，分别是存储管理和计算机控制部分。主要有以下内容：

（1）储存配置管理。在机械手的作用下，它是构成光伏组件自动化的主要部分，然后将其堆放在原料框架上。循环过程结束后，另外机械手进行相应的工作。首先要抓住需要运送的物品，然后将其传送到传输線上，但是要了解的是，在光伏组件的自动化生产线上，要使用原料组成组件，在此之中，起到控制作用的是伺服马达，用来控制机械手，从而顺利完成垂直方向和横向运动。

（2）计算机控制。在空间坐标系的应用中，计算机控制系统可以将零件的传输路径和目标位置转换为机械手识别的脉冲放电指令。经过在工业系统中收集的数据的网络通信处理后，服务器驱动程序可以接受命令。同时，对于伺服电机编码器，利用相应部分的信号，可以对计算机控制系统进行有效地控制反馈，实现防关闭控制功能。

1.2 自动化机械手的应用

目前，装配线机械手的应用越来越广泛。装配线机械手的延伸和人类活动的扩展可以利用危险环境（有毒、高温、高压、放射性）进行装配作业，降低人工参与装配的风险，提高生产效率和产品质量，一般的机器人和人类都不能使用这种机械手。由于其自身的诸多特点，其应用和发展已经在人类社会和工业生产中产生，目前世界上已经为各种装配线开发了100多种通用手，如汽车零部件装配线机械手、发动机装配线机械手、电子产品装配线机械手等流水线机械手等，应用最广泛的是流水线机械手，包括飞机制造、汽车制造、电机制造、金属设计、通用制造等制造领域。

2 光伏组件自动化生产线上机械手的设计要素

在光伏组件自动化生产线机械手的设计过程中，不仅要理解机械手系统，更要深入了解机械手设计的基本方向，以及机械设计部分和电气控制设计部分，依据规范和要领提高机械手相关技术性能标准。

2.1 气爪动作设计的要点

在设计机械手的过程中，气爪动作设计是非常重要的部分。主要是气爪作业要保证安全可靠，进一步提高机械手的工作效率，提高光伏组件在自动化生产过程中的捕捉效率，从而掌握操作设计的关键点。也就是说，在管道的基础上安装压力阀和压力继电器，安装空气过滤器可以提高气罐操作的可靠性，需要注意的是在设计气爪动作的过程中，包括气源三联系（包括除雾机、空气过滤器、减压阀）是可以使用的，这个装置体积小，安装方便，以铝合金为原料，提高机器手的操作稳定性和安全性，例如在设计机械手的过程中，当空气压缩机无法正常工作时能够实现自动排水，减压阀具有非常敏感的调压功能，有利于工作效率的提高。

2.2 机械臂的设计要点

在机械手的设计中，机械臂是非常重要的，为了让机械臂能够承受相应设计标准的重力，设计的臂要根据比例实现平衡。近几年来，按照设计机械臂总结出来的经验，铝材料可以作为负载选择，按照不同臂段的外形尺寸进行准确调整，不仅可以使机械手的操作性得到实现，还能使设计美观效果得到提高，每段臂之间的连接都采用轴连接方式，而轴承和机械臂是通过链套连接在一起的。此外，作为组成机械手的重要零部件，必须保证动力矩设计的强化，保证机械手的正常运行。因此，在三个手臂之间安装了高波纹齿轮减速器，并在机臂上安装了软性部件，为实现高波纹齿轮减速器功能提供了有效地保障，另外，各个臂的区间在运动过程中所需的齿轮转数不同，从而同步化通过与手环不同值的同步轮的组合，实现机械臂的有效传递，结合光伏电池之间自动生产线的实际要求，与系统设备模型相结合，合理科学地调整设置后，保证机械臂的整体设计不断优化。

3 机械手设计使用时存在的问题

3.1 机械手设计中出现的变形工艺系统问题

机械手的生产零部件时，需要使用相应的原材料来进行设计。但是采用的材料中有的硬度指标不够，当然这种硬度不够只是相对而言，机床根据生产的要求调整要相应的生产工艺以后，需要采用一定的压力进行设计，采用的材料硬度不能够满足机床设计要求时，就有可能在设计过程中出现零部件变形的情况。如果出现变形的情况，生产的零部件将会和实际要求有一定的误差，误差的出现以后，会影响到零部件的质量，比如规格不符合要求，形状不符合要求等，影响零部件的使用质量，严重的误差还会造成零部件的直接报废，为机械设计增加生产成本。对于机械手设计的工作人员，需要重视对机械手零部件设计中出现的变形误差问，保证好生产的质量，提高机械设计的精确度。

3.2 机械手中出现的器具误差

机械手在设计或者设计中会使用很多的器具，这些器具包括设计的道具和夹具，而且这些工具在机械设计中使用的频率是非常高，在设计产品时是不可或缺的元件。对于这些设计器具的使用过程中，会根据设计工艺的不同对器具操作也有不同的标准要求。但是在实际的生产过程中，有一部分操作人员没有严格按照操作标准使用器具，造成操作器具的误差，严重时会影响机械手生产的质量。

3.3 管理人员整体素质需提升

在自动化生产线机械手的设计中可以看出，一些管理人员存在整体素质欠缺，在一定程度上影响自动化生产的有效落实，其中主要地表现为：一些管理人员没有一定责任心，在实施安全控制工作时，总是有些粗心、对工作不积极等情况的发生，当自动化发生问题时，不积极解决。另外，自动化生产线的管理人员智能技术专业水平高低不平。相关管理人员的人力关系都较为繁琐。一些管理人员在专业技术方面欠佳，对光伏组件和自动化技术的认识不深刻。没有办法有效的处理好系统运行中经常发生的问题。

3.4 机械手机床制造的问题

一般的情况下，会出现操作技术人员对机床的不规范操作，不规范的操作会导致机床重点部位环节设计时出现误差，比如导轨出现的误差，这种误差的出现会影响整个机械手部件生产质量。导轨误差主要是在机床的各个元件运行时，出现相对的位置偏移，导轨出现偏移以后不能够满足标准位置的要求，因此对机械的操作时会出现在误差。在一般的情况下，出现的导轨误差分成两种，一种是水平导轨偏移，另一种是垂直导轨偏移。

4 机械手设计中出现问题的解决方法

4.1 对温度的合理控制

机械手设计过程中，由于使用的设计工艺不同，会在设计时出现温度过高的情况。温度一旦超过材料耐温程度，设计过程中会出现零部件的变形情况。因此在使用机械设计的工程中，要严格把控温度的控制。设计产品时需要根据材料的耐温程度采用合理的设计技术，保证对外部环境温度的有效控制。对于温度的控制过程中，可以使用冷却液体来控制温度，但是使用这种方法时还需要注意和设计工艺相集合，需要设计工艺满足使用冷却液体的情况下才能够采用该种控制温度方法。

4.2 培养机械创新思维

创新是一个民族和国家发展的重要来源，创新是具有独创性、实用性、突破性、联动性的创造性思維，创新可以成为中国经济升级的强大动力，作为机械设备设计者，不想在市场竞争中输给创新能力就必须具备自己的设计手段，以传统模式为基础进行创新。首先机械设计师要有强大的创新意识。同时，要将这种意识运用到实践中，在实践中进行创新，打破原有的思维方式，以创新的思想去思考，合格的机械设备设计师总是想着创新，用多种思维方式思考和创新，将专业知识用在基础上进行革新。

在机械手的设计阶段，创新思维方式的培养非常重要，因为机械创新设计是一项非常有创造性的工作。作为机械手的设计人员，在提高自身知识水平和能力的同时，也要培养创新思维方式。机械设计工作要以新的视角看待，突破传统的设计方法和思维方式，探索新途径，同时运用先进的设计手段，从而使当前的设计得到完善，进而创造新的设计作品，当然发散思维也是创新设计不可或缺的元素。要从多方面角度出发，在其他事物或不同领域获得设计灵感，进一步优化和改进设计。

5 结束语

综上所述，在光伏组件自动化生产线中。机械手的设计可以有效了解机械原理、技术性能指标，以及机械手设计的基本思路，像机械部分的设计理念，电气部分的设计理念等，相信在实施上述设计的过程中，可以有效地逐步优化机械手的设计，有利于提高光伏自动化的生产效率，减少了大量的人力，进而减少成本，促进效益的发展。

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