一种柔性物料上下料装置的制作方法

本发明涉及燃料电池自动化生产领域，特别是一种柔性物料上下料装置。

背景技术：

燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的装置，由于其效率高、零排放、启动温度低，可广泛应用在各个领域中。其中膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，对电池性能起着关键作用。它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。在现有技术中，膜电极的制备工艺中将若干张喷涂有nafion溶液及pt催化剂的碳纤维纸电极分别置于经预处理的质子交换膜两侧，使催化剂靠近质子交换膜，在一定温度和压力下模压制成。

膜电极属于柔性物料，制好的膜电极不易存放，材质轻薄易碎，给产线上下料操作带来困难。膜电极及相关组件与电池极板材质有所不同，生产线上设备不能直接与膜电极本体进行接触，否则很容易造成膜电极损伤。目前，燃料电池装堆作业是由人工作业完成的，工作人员戴手套拿取膜电极进行堆叠，很容易造成膜电极的损坏，无法保证各个燃料电池电堆性能的一致性，影响燃料电池性能。并且，由于是人工操作，生产工作效率低下，误差率高。

柔性物料涉及领域较多，应用范围较广，除燃料电池膜电极外，还包括布料、碳纸、薄膜等。随着自动化生产的普及，对将柔性物料引入生产线加工的需求愈加强烈，但目前还没有专门针对柔性物料的上下料装置。

技术实现要素：

针对以上不足，本发明提供了一种柔性物料上下料装置，专门针对柔性物料的特点而设计，能较好地满足柔性物料轻薄、易碎、易损伤等特性，有利于提高柔性物料上料及下料过程中的安全性和上下料工作效率。

本发明的技术方案为：

一种柔性物料上下料装置，包括主机架、离子风棒、送料机构、回收机构、传送机构、机械手和主控装置，所述柔性物料被盛装在物料盒中，随物料盒在上下料装置上传输、以及被机械手从物料盒中取放，所述机械手为带有静电吸盘的工装夹具；

所述主机架的两侧板内侧壁上设置有传送机构，用于将物料盒水平向前或向后传输；所述送料机构固定于传送机构的前端上方，所述回收机构位于送料机构后方及传送机构上方，所述离子风棒固定于传送机构的末端，所述机械手从传送机构的末端上方取放柔性物料；

所述送料机构包括送料升降机构、推片气缸和挡片，所述送料升降机构设置于主机架内部、物料盒正下方，所述挡片水平方向安装，由推片气缸控制其伸缩，挡片对称设置于物料盒两侧，所述物料盒两侧下部设有供挡片插入的槽口，所述送料升降机构和推片气缸相互配合，将物料盒依次由送料机构传送至传送机构；

所述回收机构包括回收升降机构和锁舌，所述回收升降机构设置于主机架内部、物料盒正下方，所述锁舌为按压缩进式，其伸出部分下部为光滑斜面、上端面水平，锁舌对称设置于物料盒两侧下方，所述回收升降机构和锁舌相互配合，将物料盒由传送机构传送至回收机构；

所述机械手、送料机构、回收机构、传送机构均与主控装置相连接，实现柔性物料自动上下料。

还包括检测机构，所述检测机构包括第一光敏传感器、第二光敏传感器和第三光敏传感器，所述送料机构和回收机构分别设有用于固定堆叠物料盒的送料机架和回收机架，所述第一光敏传感器设于送料机架中下部，第二光敏传感器设于回收机架中上部，第三光敏传感器设于主机架靠近离子风棒处；所述检测机构与主控装置相连，将检测到的信号传送到主控装置。

所述送料机构设有竖直的限位插板，所述物料盒一侧相应位置设有与之相对应的限位插槽。

所述物料盒上表面设有若干定位销，下表面相应位置设有若干定位孔。

所述送料升降机构和回收升降机构的结构相同，均包括固定架、升降电机、电动伸缩杆、升降板和升降导柱，所述固定架安装在主机架内部，升降电机竖直安装在固定架上，升降电机上端装有电动伸缩杆，升降板安装在电动伸缩杆顶部，升降板下表面设有若干升降导柱，固定架上开设有供升降导柱穿过的升降孔。

所述传送机构包括传动电机、传动带轮、传动轴和传送带，所述传动电机安装在一侧的主机架上，所述传动带轮对称设置于主机架侧板内侧，传动电机带动一侧的传动带轮转动，两侧的传动带轮通过传动轴实现同步转动，传送带安装在传动带轮上，由传动带轮带动传送。

所述机械手上设有色显传感器，用于检测物料盒中是否有柔性材料。

每个所述物料盒中放置有若干片柔性物料。

一种柔性物料上料过程，包括以下步骤：

s1：初始状态下，送料机构的挡片为伸出状态；

s2：人工将一定数量的装有柔性物料的物料盒堆叠放置于送料机构的送料机架内，物料盒架设在伸出的挡片上；

s3：送料升降机构的升降电机启动，将升降板升起至接触到最底层的物料盒停止；

s4：两侧的推片气缸控制挡片缩回至不接触物料盒；

s5：升降电机带动最底层物料盒下降相当于一个物料盒的高度停止；

s6：两侧的推片气缸控制挡片伸出，插入倒数第二个物料盒的槽口内；

s7：升降电机带动最底层物料盒继续下降，直至物料盒落到传送带上；

s8：传动电机启动，带动物料盒来到靠近离子风棒位置；

s9：第三光敏传感器检测到物料盒信号，传动电机停止；

s10：离子风棒启动，吹出带有正负电荷的气团，消除柔性材料所携带的静电；

s11：机械手启动，将柔性材料依次从物料盒中取出；

s12：机械手上的色显传感器检测到物料盒已空；

s13：传动电机反转，带动空的物料盒来到回收机构的区域下方；

s14：回收升降机构的升降电机启动，将升降板升起至接触到物料盒；

s15：升降电机带动物料盒脱离传送带、继续上升，经过锁舌时物料盒边缘按压锁舌使其缩进，到达锁舌上方时锁舌即复位伸出，此物料盒成为回收机架内最底层物料盒，并堆叠在锁舌上端面的平面上；

s16：重复步骤s3-s15，送料机构的物料盒依次被送到机械手，机械手取出柔性物料，空的物料盒再回到回收机构；其间第一光敏传感器检测到信号，发出报警，人工将一定数量的满的物料盒补充到送料机架内；第二光敏传感器检测到信号，发出报警，人工将空的物料盒从回收机架内取走。

一种柔性物料下料过程，包括以下步骤：

s1：初始状态下，送料机构的挡片为伸出状态；

s2：人工将一定数量的空的物料盒堆叠放置于送料机构的送料机架内，物料盒架设在伸出的挡片上；

s3：送料升降机构的升降电机启动，将升降板升起至接触到最底层的物料盒停止；

s4：两侧的推片气缸控制挡片缩回至不接触物料盒；

s5：升降电机带动最底层物料盒下降相当于一个物料盒的高度停止；

s6：两侧的推片气缸控制挡片伸出，插入倒数第二个物料盒的槽口内；

s7：升降电机带动最底层物料盒继续下降，直至物料盒落到传送带上；

s8：传动电机启动，带动物料盒来到靠近离子风棒位置；

s9：第三光敏传感器检测到物料盒信号，传动电机停止；

s10：机械手启动，将柔性材料依次放入物料盒中，直至放入一定数量的柔性物料；

s11：传动电机反转，带动满的物料盒来到回收机构的区域下方；

s12：回收升降机构的升降电机启动，将升降板升起至接触到物料盒；

s13：升降电机带动物料盒脱离传送带、继续上升，经过锁舌时物料盒边缘按压锁舌使其缩进，到达锁舌上方时锁舌即复位伸出，此物料盒成为回收机架内最底层物料盒，并堆叠在锁舌上端面的平面上；

s14：重复步骤s3-s13，送料机构的物料盒依次被送到机械手，机械手放入柔性物料，满的物料盒再回到回收机构；其间第一光敏传感器检测到信号，发出报警，人工将一定数量的空的物料盒补充到送料机架内；第二光敏传感器检测到信号，发出报警，人工将满的物料盒从回收机架内取走。

本发明通过设置盛装柔性物料的物料盒，以及通过设置带有静电吸盘的工装夹具对柔性物料进行夹取和放回，最大限度减小柔性物料在传送过程中受到的挤压、碰撞。物料盒在上下料装置中进行垂直升降和水平传输，上下料装置设有送料机构、回收机构和传送机构，分别用于将物料盒由上至下送到传送带、由前向后水平送到机械手下方、将由下至上脱离传送带，从而实现物料盒(即柔性物料)的上下料过程，解决了柔性物料在自动化生产线上下料过程中较难取用、存放等问题。

本发明的柔性物料上下料装置具有以下优点：

物料盒可一次存放多张柔性物料，加快柔性物料上下料速度。离子风棒可产生大量带正负电荷的气团，可将处于其离子辐射区内的柔性物料上所携带的正负电荷中和，达到消除静电的目的，因此带有静电吸盘的机械手可对柔性物料进行取放操作。

送料升降机构和推片气缸相配合，实现物料盒由上至下进入传送带。回收升降机构和锁舌相配合，实现物料盒由下至上脱离传送带。可通过调整升降电机每次上升/下降的高度、上升/下降速度、推片气缸运行间隔等参数，达到灵活调整物料盒高度，以及控制上下料速度的目的，从而适用于不同材质、加工速度的柔性物料生产加工。

传动电机和第三光敏传感器相配合，实现物料盒水平传送到位后的机械手自动取放，机械手上的色显传感器，实现取料结束后的传动电机自动反转运行。可通过调整传动电机的运行距离、运行速度等，改变上下料装置的长度以及上下料速度，从而适应实际生产场所的布局情况。

第一光敏传感器和第二光敏传感器分别用于感知送料机构里的料盒下降和回收机构里的料盒上升，提醒现场工作人员及时补充料盒及取走料盒。

上下料装置设有电脑主控装置，根据电脑设定的plc程序自动运行，完成上下料及各个工序操作。电脑主控装置设有人机交互界面，人工可对运行程序中的各个参数进行设置和调整，以及对装置执行启动、暂停、停止等操作。

本上下料装置结构简单，占地面积小，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明柔性物料上下料装置立体图；

图2为本发明柔性物料上下料装置左视图；

图3为本发明送料机构局部放大图；

图4为本发明回收机构局部放大图；

图5为本发明传送机构局部放大图；

图6为本发明第一光敏传感器和第二光敏传感器的位置放大图；

图7为本发明第三光敏传感器的位置放大图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

参考图1，本发明的柔性物料上下料装置，包括主机架10、离子风棒11、送料机构20、回收机构30、传送机构40、机械手(未示出)和主控装置(未示出)，柔性物料51被盛装在物料盒50中，随物料盒50在上下料装置上传输、以及被机械手从物料盒50中取放，机械手为带有静电吸盘的工装夹具，以适应柔性物料轻薄、易碎的物理特性，避免对柔性物料造成损坏。

主机架10的两侧板12内侧壁上设置有传送机构40，用于将物料盒50水平向前或向后传输。送料机构20固定于传送机构40的前端上方，回收机构30位于送料机构20后方及传送机构40上方，离子风棒11固定于传送机构40的末端，机械手从传送机构40的末端上方取放柔性物料51；

送料机构20和回收机构30分别设有用于固定堆叠物料盒51的送料机架24和回收机架33，送料机架24和回收机架33均为竖直架，环绕于物料盒50边缘。在设备运行的初始状态下，需要人工将装满柔性物料51(或空的)物料盒50放入送料架24内，为了对物料盒50进行方向定位，送料机构20还设有竖直的限位插板25，物料盒50一侧相应位置设有与限位插板25相对应的限位插槽53。由于物料盒50需要不断向上堆叠一定高度，容易产生边缘无法对齐的状况。因此，在物料盒50上表面设置若干金属制定位销54，下表面相应位置设有若干定位孔(未示出)。每个物料盒50上表面的定位销54插入上一个物料盒50的定位孔，使物料盒50在堆叠时码放整齐，便于后续的升降操作。

每个物料盒50中放置有若干片柔性物料51。由于柔性物料51受静电影响很容易粘连，机械手在吸取最上层的柔性物料51时，容易将下面的柔性物料51一同带起，因此在传送机构40末端设置离子风棒11，机械手吸取前通过离子风棒11将柔性物料51表面的静电消除。离子风棒11可产生大量带有正负电荷的气团，可将离子辐射区内物体上所带的电荷中和，达到消除静电的目的。

参考图1和图3，送料机构20包括送料升降机构21、推片气缸22和挡片23，送料升降机构21设置于主机架10内部、物料盒50正下方，挡片23水平方向安装，由推片气缸22控制其伸缩，挡片23对称设置于物料盒50两侧，物料盒50两侧下部设有供挡片23插入的槽口52，送料升降机构21和推片气缸22相互配合，将物料盒50依次由送料机构20传送至传送机构40。

挡片23的上表面为水平面，初始状态下，物料盒50堆叠于挡片23上方，挡片23插入到槽口52内。上料操作开始时，推片气缸22上行至接触到最下面一个物料盒50底面，推片气缸22松开，挡片23缩回。送料升降机构21携带最下面一个物料盒50下行相当于一个物料盒50的高度，使挡片23对准倒数第二个物料盒50的槽口52，推片气缸22将挡片23推出，插入倒数第二个物料盒50下端。送料升降机构21携带最下面一个物料盒50继续下行至传送机构40，物料盒50停留在传送带44上，送料升降机构21下降回到初始位置。

参考图1和图4，回收机构30包括回收升降机构31和锁舌32，回收升降机构31设置于主机架10内部、物料盒50正下方，锁舌32上部有弹簧，为上部按压缩进式，其伸出部分下部为光滑斜面、上端面水平，锁舌32为偶数个、对称设置于物料盒50两侧下方，回收升降机构31和锁舌32相互配合，将物料盒50由传送机构40传送至回收机构30。

锁舌32上表面也是水平面，对称的锁舌32形成一个托台，用于堆叠物料盒50。当物料盒50处于回收机架33正下方的传送带44上时，回收升降机构31处于物料盒50下方。回收升降机构31上升，将物料盒50顶起至脱离传送带44，继续上升至锁舌32处，物料盒50边缘挤压锁舌32，锁舌32受压缩进，物料盒50通过锁舌32到达锁舌32上方，锁舌32由于压力消失重新复位弹出，物料盒50加入成为堆叠料盒的最下面一个，并且堆叠在锁舌32上端平面上。

参考图6和图7，本发明的柔性物料上下料装置还包括检测机构，检测机构包括第一光敏传感器61、第二光敏传感器62和第三光敏传感器63，第一光敏传感器61设于送料机架24中下部，用于感知此高度的送料机架24内是否有物料盒50，提醒工作人员及时补充物料盒50。当物料盒50摞起来超过此高度时，第一光敏传感器61处于被遮挡的状态。随着物料盒50一个个被送料机构取出，第一光敏传感器61被挡住的部分移开，收到信号，发出报警。

第二光敏传感器62设于回收机架33中上部，用于感知此高度的回收机架33内是否有物料盒，提醒工作人员及时取走物料盒50。当回收机架33内只有少量物料盒50时，第二光敏传感器处于未被遮挡的状态，当物料盒50累加叠高到一定程度时，第二光敏传感器62被挡住，收到信号，发出报警。第三光敏传感器63设于主机架10靠近离子风棒11处，用于感知物料盒50是否到达离子风棒11附近，启动离子风棒11和机械手开始运行。

检测机构还包括安装在机械手上的色显传感器，用于检测物料盒50中是否有柔性材料51。当色显传感器检测到物料盒50中的柔性物料51已经被取空时，自动触发下一阶段的操作。

检测机构、机械手、送料机构20、回收机构30、传送机构40均与主控装置相连接，实现柔性物料51自动上下料。上下料装置根据电脑设定的plc程序自动运行，完成上下料及各个工序操作。电脑主控装置设有人机交互界面，人工可对运行程序中的各个参数进行设置和调整，以及对装置执行启动、暂停、停止等操作。

参考图2，送料升降机构21和回收升降机构31的结构相同，均包括固定架211、升降电机212、电动伸缩杆213、升降板214和升降导柱215，固定架211安装在主机架10内部，升降电机212竖直安装在固定架211上，升降电机211上端装有电动伸缩杆213，升降板214安装在电动伸缩杆213顶部，随着升降电机212的转动，电动伸缩杆213上下伸缩，使升降板214上下升降。升降板214下表面设有若干升降导柱215，固定架211上开设有供升降导柱215穿过的升降孔，升降导柱215在升降孔中升降，起到连接导向和支撑的作用。

参考图5，传送机构40包括传动电机41、传动带轮42、传动轴43和传送带44，传动电机41安装在一侧的主机架10上，传动带轮42对称设置于主机架10侧板内侧，传动电机41带动一侧的传动带轮42转动，两侧的传动带轮42通过传动轴43实现同步转动，传送带44安装在传动带轮42上，由传动带轮42带动传送。物料盒50置于传送带44上，由传送带44带动前后移动。当传动电机41正转时，物料盒50由送料机构20向离子风棒11移动，当传动电机41反转时，物料盒50由离子风棒11向回收机构30移动。

本发明的柔性物料上料过程，包括以下步骤：

s1：初始状态下，送料机构20的挡片23为伸出状态；

s2：人工将一定数量的装有柔性物料51的物料盒50堆叠放置于送料机构20的送料机架24内，物料盒50架设在伸出的挡片23上；

s3：送料升降机构21的升降电机212启动，将升降板214升起至接触到最底层的物料盒50停止；

s4：两侧的推片气缸22控制挡片23缩回至不接触物料盒50；

s5：升降电机212带动最底层物料盒50下降相当于一个物料盒50的高度停止；

s6：两侧的推片气缸22控制挡片23伸出，插入倒数第二个物料盒50的槽口52内；

s7：升降电机212带动最底层物料盒50继续下降，直至物料盒50落到传送带44上；

s8：传动电机41启动，带动物料盒50来到靠近离子风棒11位置；

s9：第三光敏传感器63检测到物料盒50信号，传动电机41停止；

s10：离子风棒11启动，吹出带有正负电荷的气团，消除柔性材料51所携带的静电；

s11：机械手启动，将柔性材料51依次从物料盒50中取出；

s12：机械手上的色显传感器检测到物料盒50已空；

s13：传动电机41反转，带动空的物料盒50来到回收机构30的区域下方；

s14：回收升降机构31的升降电机212启动，将升降板214升起至接触到物料盒50；

s15：升降电机212带动物料盒50脱离传送带44、继续上升，经过锁舌32时物料盒50边缘按压锁舌32使其缩进，到达锁舌32上方时锁舌32即复位伸出，此物料盒50成为回收机架33内最底层物料盒50，并堆叠在锁舌32上端面的平面上；

s16：重复步骤s3-s15，送料机构20的物料盒50依次被送到机械手，机械手取出柔性物料51，空的物料盒50再回到回收机构30；其间第一光敏传感器61检测到信号，发出报警，人工将一定数量的满的物料盒50补充到送料机架24内；第二光敏传感器62检测到信号，发出报警，人工将空的物料盒50从回收机架33内取走。

本发明的柔性物料下料过程，包括以下步骤：

s1：初始状态下，送料机构20的挡片23为伸出状态；

s2：人工将一定数量的空的物料盒50堆叠放置于送料机构20的送料机架24内，物料盒50架设在伸出的挡片23上；

s3：送料升降机构21的升降电机212启动，将升降板214升起至接触到最底层的物料盒50停止；

s4：两侧的推片气缸22控制挡片23缩回至不接触物料盒50；

s5：升降电机212带动最底层物料盒50下降相当于一个物料盒50的高度停止；

s6：两侧的推片气缸22控制挡片23伸出，插入倒数第二个物料盒50的槽口52内；

s7：升降电机212带动最底层物料盒50继续下降，直至物料盒50落到传送带44上；

s8：传动电机41启动，带动物料盒50来到靠近离子风棒11位置；

s9：第三光敏传感器63检测到物料盒50信号，传动电机41停止；

s10：机械手启动，将柔性材料51依次放入物料盒50中；

s11：传动电机41反转，带动满的物料盒50来到回收机构30的区域下方；

s12：回收升降机构31的升降电机312启动，将升降板214升起至接触到物料盒50；

s13：升降电机212带动物料盒50脱离传送带44、继续上升，经过锁舌32时物料盒50边缘按压锁舌32使其缩进，到达锁舌32上方时锁舌32即复位伸出，此物料盒50成为回收机架33内最底层物料盒50，并堆叠在锁舌32上端面的平面上；

s14：重复步骤s3-s13，送料机构20的物料盒50依次被送到机械手，机械手放入柔性物料51，满的物料盒50再回到回收机构30；其间第一光敏传感器61检测到信号，发出报警，人工将一定数量的空的物料盒50补充到送料机架24内；第二光敏传感器62检测到信号，发出报警，人工将满的物料盒50从回收机架33内取走。

以上公开的仅为本发明的实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。