电堆物料堆叠控制方法、装置及物料拿取机构与流程

1.本发明涉及电堆制造控制技术领域，具体地涉及一种电堆物料堆叠控制方法、一种电堆物料堆叠控制装置及一种物料拿取机构。


背景技术：

2.燃料电池通常需要将多个单体电池通过串联的方式组装成电堆，主要构成部件有双极板(bpp)、膜电极组件(mea)、端板和紧固件等，电堆的组装是利用金属端板的夹紧力将金属端板、集流板、bpp、mea等部分组装形成的整体结构，其中电堆的组装过程中单电池堆叠的准确度，决定着一个电堆性能的好坏，在物料堆叠过程中，物料与电堆的高度会一直变化，因为每片零件的厚度都有一定的公差，还因零件自然状态的平面度差异而存在间隙，且每节单电池的mea和bpp之间存在间隙不同，因此造成物料和电堆的高度变化是不一致的，现有的电堆物料堆叠方法通常采用预先设定吸取物料的初始高度、物料的厚度及吸取范围等参数来控制机械手抓取物料，不能根据物料堆叠的变化调整抓取物料的位置，因此现有方法在取料和放料时不能精确保证吸盘与物料及电堆之间的距离，容易发生吸盘吸取不到物料或碰压物料的情况。


技术实现要素：

3.本发明实施方式的目的是提供一种基于燃料电池系统的环境自检测方法、装置、系统及汽车，以解决现有方法不能精确吸取不断变化高度的物料及将其放置在高度变化的电堆上的问题。
4.为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供一种电堆物料堆叠控制方法，包括：
5.控制物料拿取机构到达第一指定位置后，实时获取所述物料拿取机构与目标物料之间的第一距离；
6.依据所述第一距离与第一阈值的比较结果控制所述物料拿取机构将所述目标物料移动到第二指定位置并放置所述目标物料；
7.控制所述物料拿取机构向远离所述目标物料的方向移动第二距离，并根据所述物料控制机构的当前位置更新所述第二指定位置。
8.可选地，控制所述物料拿取机构向远离所述目标物料的方向移动第二距离，包括：
9.在控制所述物料拿取机构向远离所述目标物料的方向移动期间，实时获取所述物料拿取机构与所述目标物料之间的距离，直至所述物料拿取机构与所述目标物料之间的距离为第二距离，控制所述物料拿取机构停止移动。
10.可选地，所述第一距离及所述第二距离均为所述物料拿取机构与所述目标物料在垂直方向上的距离。
11.可选地，依据所述第一距离与第一阈值的比较结果控制所述物料拿取机构将所述物料移动到第二指定位置并放置所述物料，包括：
12.确定所述第一距离达到所述第一阈值，控制所述物料拿取机构停止移动，控制所述物料拿取机构拿取所述目标物料并将所述目标物料移动到第二指定位置。
13.可选地，所述方法还包括：
14.在所述物料拿取机构移动所述目标物料的过程中，若所述目标物料与所述物料拿取机构之间的距离大于第二阈值，控制所述物料拿取机构停止移动。
15.可选地，所述方法还包括：
16.在所述物料拿取机构移动所述目标物料的过程中，实时检测所述目标物料的状态，若所述目标物料未处于被所述物料拿取机构吸取的状态，控制所述物料拿取机构停止移动。
17.可选地，所述目标物料为双极板或膜电极组件；
18.所述第一指定位置为所述双极板的拿取位置或所述膜电极组件的拿取位置。
19.可选地，控制所述物料拿取机构向远离所述目标物料的方向移动第二距离，并根据所述物料控制机构的当前位置更新所述第二指定位置后，所述方法还包括：
20.控制所述物料控制机构到达所述双极板的拿取位置或到达所述膜电极组件的拿取位置。
21.在本发明的第二方面，提供一种电堆物料堆叠控制装置，包括：
22.第一控制模块，被被配置为控制物料拿取机构到达第一指定位置后，实时获取所述物料拿取机构与目标物料之间的第一距离；
23.第二控制模块，被配置为依据所述第一距离与第一阈值的比较结果控制所述物料拿取机构将所述目标物料移动到第二指定位置并放置所述目标物料；
24.第三控制模块，被配置为控制所述物料拿取机构向远离所述目标物料的方向移动第二距离，并根据所述物料控制机构的当前位置更新所述第二指定位置。
25.在本发明的第三方面，提供一种物料拿取机构，包括：
26.吸盘，用于吸取目标物料；
27.设置在所述吸盘上的距离传感器，用于检测所述吸盘与所述目标物料之间的距离；
28.机械手，用于带动所述吸盘移动；
29.处理器、存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现上述的电堆物料堆叠控制方法。
30.本发明上述技术方案通过实时获取物料拿取机构与目标物料之间的第一距离并根据第一距离控制物料拿取机构拿取目标物料至指定位置，能有效的消除物料之间的厚度差异及物料的平整度导致的物料之间的间隙差异，从而精确的控制物料拿取机构处于拿取物料的最佳范围内，避免物料拿取机构在拿取物料时和物料发送碰撞或无法成功拿取物料；同时，在物料拿取机构放置物料至指定位置后，根据物料拿取装置与目标物料之间的实时距离控制物料拿取装置反向移动第二距离，并以当前位置更新下次放置物料时的指定位置，从而保证物料拿取装置在放置物料时始终处于放置物料的最优距离。
31.本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
32.附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
33.图1是本发明优选实施方式提供的一种电堆物料堆叠控制方法的方法流程图；
34.图2是本发明优选实施方式提供的电堆堆叠示意图；
35.图3是本发明优选实施方式提供的现有电堆堆叠的取料控制示意图；
36.图4是本发明优选实施方式提供的现有电堆堆叠的放料控制示意图；
37.图5是本发明优选实施方式提供的物料拿取机构结构示意图；
38.图6是本发明优选实施方式提供的取料控制示意图；
39.图7是本发明优选实施方式提供的放料控制示意图；
40.图8是本发明优选实施方式提供的第二指定位置更新控制示意图；
41.图9是本发明优选实施方式提供的电堆物料堆叠控制装置的示意框图。
42.附图标记说明
43.1-堆叠定位装置，2-端板，3-双极板，4-膜电极组件，5-膜电极组件料框，6-吸盘，7-距离传感器，8-机械手，9-红外线，10-双极板料框。
具体实施方式
44.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
45.如图1所示，在本实施方式的第一方面，提供一种电堆物料堆叠控制方法，包括：
46.控制物料拿取机构到达第一指定位置后，实时获取物料拿取机构与目标物料之间的第一距离；
47.依据第一距离与第一阈值的比较结果控制物料拿取机构将目标物料移动到第二指定位置并放置目标物料；
48.控制物料拿取机构向远离目标物料的方向移动第二距离，并根据物料控制机构的当前位置更新第二指定位置。
49.如图2所示，电堆堆叠过程需要按设定顺序将双极板3从双极板3的堆料位置即双极板料框10中移动并放置到堆叠位置，以及将膜电极组件4从膜电极组件4的堆料位置即膜电极组件料框5中移动并放置到堆叠位置。现有的物料拿取机构通常由机械手8和吸盘6构成，吸盘6用于吸取物料，机械手8用于带动吸盘6按设定的路径移动。在电堆的堆叠过程中，机械手8带动吸盘6按照设定好的堆叠顺序分别从双极板3料框和膜电极组件4料框中依次、交替抓取双极板3和膜电极组件4，并按照预设的路径将双极板3和膜电极组件4层叠放在端板2上，端板2上设置有用于限位的堆叠定位装置1。随着堆叠的进行，电堆与物料的高度一直在发生变化，为了保证堆叠工序正常进行，要求吸盘6随着电堆与物料高度的变化停在不同的位置，且该位置可以保证吸盘6与物料及电堆之间有一个合理的间距，在此间距范围内保证每次安全且准确地取料、放料。若距离过大，会在吸取的过程中不能顺利把膜电极组件4与双极板3吸取起来，同时因为膜电极组件4较轻，间距过大会造成在放置过程中膜电极组件4在空中发生飘动，影响堆叠精度导致电堆质量不合格；距离过小，则存在吸盘6与零件和
电堆发生碰撞的风险。如图3所示，现有的取料过程为：首先设定初始高度，即初始位置和物料高度，初始位置和物料高度之间有一个吸取间距，吸取间距即能保证物料能被吸盘6有效吸取的吸取范围。第一次取料时机械手8停到初始位置，通过吸盘6吸取物料，放料完成后吸取第二片时机械手8比第一次多移动一片物料厚度的距离来保证能顺利吸取物料，以此类推直至完成物料堆叠。如图4所示，现有的放料过程为：首先设定放料的初始高度，即放料的初始位置，在放置第一片物料时，吸盘6吸取物料至初始位置，停止并放下物料，再吸取第二片物料，吸盘6运动至比初始位置高一片物料厚度的距离，停止并放下物料，以此类推直到物料堆叠完成，同时，在物料堆叠的整个过程中通过人工监控物料是否掉落。这样，由于机械手8抓取物料时的初始位置和放置物料时的初始位置及物料高度都是预先设定的，因此，在实际堆叠过程中，系统无法消除物料之间间隙及物料厚度差异、平整度差异带来的影响，从而在多次取料放料后，误差变大导致碰撞物料或无法成功吸取物料。
50.本实施方式中，在吸取物料之前，先控制机械手8到达第一指定位置，例如，第一指定位置可以为物料框的正上方，以便于吸盘6吸取物料，在机械手8到达物料框上方后，通过实时获取吸盘6与物料之间的第一距离，并根据第一距离与第一阈值的比较结果来控制机械手8按预定路径移动，进而能始终保证吸盘6与物料之间的第一距离为准确距离，从而避免因物料之间间隙及物料厚度差异、平整度差异导致的在多次取料放料后，误差变大导致碰撞物料或无法成功吸取物料的问题。如图5所示，第一距离通过距离传感器7获取，其中，距离传感器7可以是红外线传感器，例如，可将距离传感器7固定设置在吸盘6上。这样，当第一距离达到第一阈值后，控制机械手8停止移动并控制吸盘6吸取目标物料，并通过机械手8按预设路径将目标物料移动到第二指定位置。当控制吸盘6到达第二指定位置后，控制机械手8停止移动，并控制机械手8回退第二距离，同时，记录机械手8当前的位置信息，例如，根据第二指定位置及第二距离标定机械手8的当前位置的坐标，并以机械手8的当前位置更新第二指定位置，这样，当机械手8在放置下一片物料时，直接控制机械手8移动到更新后的第二指定位置，以此类推，即可保证在堆叠过程中，安全、精确的吸取和放置物料。其中，第二指定位置为吸盘6与端板2具有一定安全距离的位置，第二指定位置可以是预先设定的位置，例如根据端板2位置，预先设定机械手8在第一次放料时的下降距离；也可以是实时获取的位置，例如，机械手8在下降过程中实时获取吸盘6与端板2之间的位置，或者，实时获取机械手8上某一点与工作台或端板2的垂直距离，直至到达第二指定位置。可以理解的，第二距离也可以是预先设定的距离或通过实时获取的吸盘6与物料之间的距离。
51.如此，本实施方式通过实时获取物料拿取机构与目标物料之间的第一距离并根据第一距离控制物料拿取机构拿取目标物料至指定位置，能有效的消除物料之间的厚度差异及物料的平整度导致的物料之间的间隙差异，从而精确的控制物料拿取机构处于拿取物料的最佳范围内，避免物料拿取机构在拿取物料时和物料发送碰撞或无法成功拿取物料；同时，在物料拿取机构放置物料至指定位置后，根据物料拿取装置与目标物料之间的实时距离控制物料拿取装置反向移动第二距离，并以当前位置更新下次放置物料时的指定位置，从而保证物料拿取装置在放置物料时始终处于放置物料的最优距离。
52.为了进一步消除物料本身差异带来的影响，在本实施方式的一个具体实施例中，控制物料拿取机构向远离目标物料的方向移动第二距离，包括：
53.在控制物料拿取机构向远离目标物料的方向移动期间，实时获取物料拿取机构与
目标物料之间的距离，直至所述物料拿取机构与所述目标物料之间的距离为第二距离，控制所述物料拿取机构停止移动。其中，第二距离为吸盘6与物料之间的安全放置距离，该距离能保证吸盘6在放置物料时不会与已经堆叠的物料发送碰撞，也不会使得物料在空中漂移。
54.为了便于计算，以及保证距离检测的精确，本实施方式的第一距离及第二距离均为吸盘6与目标物料在垂直方向上的距离。
55.在本实施方式的一个具体实施例中，该方法还包括：在物料拿取机构移动目标物料的过程中，通过距离传感器7实时检测目标物料与吸盘6之间的距离，若目标物料与物料拿取机构之间的距离大于第二阈值，控制物料拿取机构停止移动。若目标物料与吸盘6之间的距离大于第二阈值，则说明物料发生了掉落的情况，则立即控制机械手8停止移动，以避免造成事故，其中，距离传感器7可以为红外线传感器。
56.在本实施方式的另一个具体实施例中，该方法还包括：在物料拿取机构移动目标物料的过程中，实时检测目标物料的状态，若目标物料未处于被物料拿取机构吸取的状态，控制物料拿取机构停止移动。例如，通过物体检测传感器实时检测是否能在有效距离检测到物料，若无法检测到物料，则说明物料发生了掉落。其中，物体检测传感器可以为红外线传感器，通过红外线传感器发送的红外线来检测物料以判断物料的状态是否处于被物料拿取机构吸取的状态。
57.具体的，在本实施方式中，目标物料为双极板3或膜电极组件4；第一指定位置为双极板3的拿取位置或膜电极组件4的拿取位置。燃料电池的电堆由若干单体电池构成，每个单体电池由双极板-膜电极组件-双极板构成，因此，在电堆堆叠过程中，需要依次交替吸取双极板3和膜电极组件4，则，控制物料拿取机构向远离目标物料的方向移动第二距离，并根据物料控制机构的当前位置更新第二指定位置后，方法还包括：控制物料控制机构到达双极板3的拿取位置或到达膜电极组件4的拿取位置。
58.如图6所示，在开始电堆堆叠时，先控制机械手8带动吸盘6到达第一指定位置，即双极板3料框的正上方后，进一步控制机械手8垂直下降，在下降的过程中，红外线传感器通过其发射的红外线9实时检测吸盘6与双极板3之间的第一距离，当第一距离达到第一阈值时，控制机械手8停止移动，同时吸盘6开始吸取双极板3并按照预设路径将双极板3移动到端板2上方并控制机械手8下降，如图7所示，当吸盘6到达第二指定位置，即放料的初始高度后，控制机械手8停止移动，吸盘6释放双极板3，其中，放料的初始高度可以通过预先设定机械手8的下降距离确定，例如，设定放料的初始高度及机械手8移动的预设路径，其中，在放料时，机械手8移动的预设路径为机械手8吸取到前一物料后，垂直上升到设定高度后平行移动到堆叠位置即端板2上方，再垂直下降到第二指定位置；即在预设路径中，机械手8在料框上方的位置确定的情况下，可以根据机械手8在料框上方的位置和设定的初始高度确定机械手8的下降距离。如图8所示，在吸盘6完全释放双极板3后，控制机械手8向上移动第二距离，记录吸盘6的当前位置并以该位置更新第二指定位置。之后，控制机械手8按预设路径移动到膜电极组件4料框的上方，并控制机械手8垂直下降，在下降的过程中，实时获取吸盘6与膜电极组件4之间的第一距离，当第一距离达到第一阈值时，控制机械手8停止移动，同时吸盘6开始吸取膜电极组件4并按照预设路径将膜电极组件4移动到端板2上方并控制机械手8下降，当吸盘6到达更新后的第二指定位置后，控制机械手8停止移动，吸盘6释放膜电
极组件4，在吸盘6完全释放膜电极组件4后，控制机械手8向上移动第二距离，记录吸盘6的当前位置并以该位置更新第二指定位置，以此类推，直至电堆的堆叠完成。
59.如图9所示，在本发明的第二方面，提供一种电堆物料堆叠控制装置，包括：
60.第一控制模块，被被配置为控制物料拿取机构到达第一指定位置后，实时获取物料拿取机构与目标物料之间的第一距离；
61.第二控制模块，被配置为依据第一距离与第一阈值的比较结果控制物料拿取机构将目标物料移动到第二指定位置并放置目标物料；
62.第三控制模块，被配置为控制物料拿取机构向远离目标物料的方向移动第二距离，并根据物料控制机构的当前位置更新第二指定位置。
63.在本发明的第三方面，提供一种物料拿取机构，包括：
64.吸盘6，用于吸取目标物料；
65.设置在吸盘6上的距离传感器7，用于检测吸盘6与目标物料之间的距离，其中，距离传感器7可以是红外线传感器，其同时实现吸盘6与目标物料之间的距离检测及对目标物料的物体检测；
66.机械手8，用于带动吸盘6移动；
67.处理器、存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现上述的电堆物料堆叠控制方法。
68.综上所述，本实施方式有效的消除了物料之间的厚度差异以及物料的平整度导致的物料之间的间隙差异带来的影响，能精确的检测吸盘与物料及电堆的距离，同时，能在线检测物料是否掉落，若物料掉落则自动停止作业，节省人力减少堆叠错误。
69.以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
70.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
71.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。