一种装卸硅棒用转动机构的制作方法

本发明属于光伏新能源设备领域，尤其是涉及一种装卸硅棒用转动机构。

背景技术：

硅的单晶体是一种具有基本完整的点阵结构的晶体，是一种良好的半导材料，用于制造半导体器件、太阳能电池等，随着科技生产力的进步，其使用范围的使用量越来越高，占各种产品的比重逐渐增加，而目前所使用的各个领域的单晶硅，一般均是由较大的硅棒进行切割加工，切割成不同尺寸来应用到各个领域，而现有的在对硅棒进行加工时，均是通过人力进行搬运，放置在相应的存放架或加工设备上，由于硅棒的重量较大，且存放架较高，在上下搬运时难免会碰撞到架子，造成硅棒的损坏，产生浪费，而且在高的架子上上下人工搬运硅棒，浪费人力物力，且效率较低，不利于提高生产成本。针对此种情况，本发明提出了一种装卸硅棒用转动机构，通过此种结构实现悬臂的柔性连接，实现在定位的过程中多自由度的调整，能够高效快速的实现硅棒的固定，结构简单便于调整。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种装卸硅棒用转动机构，以简单的转动机构实现多自由度的柔性连接，便于控制不同方向的运动。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种装卸硅棒用转动机构，包括第一转动机构和第二转动机构，水平仪置于所述第一转动机构和所述第二转动机构之间，所述第一转动机构包括第一支座，所述第一支座上铰接有转动环，机械手底部固定有吊环，所述吊环置于所述转动环内，所述第二转动机构包括第二支座，所述第二支座上铰接有转动块，所述转动块的另一端通过第三滑动机构与所述机械手滑动连接，所述第三滑动机构包括固定在悬臂底部的固定板，所述固定板上设有两条相互平行的第三导轨，所述第三导轨上设有与其配合的第三滑块，两条所述第三导轨之间还设有第三丝杠螺母副，所述第三丝杠螺母副的第三螺母和所述第三滑块上共同固定有支板，所述转动块固定在所述支板上。

进一步的，所述第一支座和所述转动环通过第一销轴铰接，所述第一销轴的轴线垂直于所述悬臂，所述第二支座与所述转动块通过第二销轴铰接，所述第二销轴的轴线与所述第一销轴的轴线相互垂直。

进一步的，所述第三丝杠螺母副的轴线与所述第三滑块的滑动方向平行，所述第二销轴的轴线与所述第三滑块的滑动方向垂直。

进一步的，所述第三丝杠螺母副通过第三电动机驱动，所述第三电动机的输出轴和所述第三丝杠螺母副的第三丝杠通过第三皮带轮转动连接，所述第三电动机的输出轴的轴线与所述第三丝杠的轴线平行。

进一步的，所述第三电动机和所述水平仪分别与控制单元电连接。

相对于现有技术，本发明所述的一种装卸硅棒用转动机构具有以下优势：

(1)本发明所述的一种装卸硅棒用转动机构，通过此种结构实现悬臂的柔性连接，实现在定位的过程中多自由度的调整，能够高效快速的实现硅棒的固定，结构简单便于调整。

(2)本发明所述的底座上设有定位机构，所述定位机构分为第一级定位机构和第二级定位机构，所述第一级定位机构为置于所述底部的AGV控制系统，所述第二级定位机构包括固定座和置于其上的定位块，所述固定座远离所述定位块的一端与所述机械手远离所述支架的一端固定，所述定位块通过所述固定座固定在所述悬臂上表面，所述定位块为U形结构，且所述定位块的侧面与所述悬臂上表面相互垂直，所述固定座上还设有前端激光测距传感器，所述前端激光测距传感器对称置于所述定位块两侧，且其高度与所述定位块高度相同，所述定位块的U形外壁光滑无毛刺，且设有与其外壁间隙配合的U形块，所述U形块和所述定位块的配合精度在±0.5mm。通过AGV控制系统实现转运过程中的固定位置的初步定位，停止精度±5MM，负载500KG，反应时间≦2MS，定位块和与其配合的U形块进一步的精度控制定位及前端激光测距传感器的应用，前端激光测距传感器调整精度±0.2MM，保证了该设备转运过程中高效稳定及高精度的定位，便于硅棒的装卸，定位精度较高。

(3)本发明所述的转动机构分为第一转动机构和第二转动机构，所述悬臂上设有水平仪，所述水平仪置于所述第一转动机构和所述第二转动机构之间，所述第一转动机构包括固定在所述悬臂上的第一支座，所述第一支座上铰接有转动环，所述机械手底部固定有吊环，所述吊环置于所述转动环内，所述第一支座和所述转动环通过第一销轴铰接，所述第一销轴的轴线垂直于所述悬臂，所述第二转动机构包括固定在所述悬臂上的第二支座，所述第二支座上铰接有转动块，所述转动块的另一端通过第三滑动机构与所述机械手滑动连接，所述第二支座与所述转动块通过第二销轴铰接，所述第二销轴的轴线与所述第一销轴的轴线相互垂直，所述第三滑动机构包括固定在所述悬臂底部的固定板，所述固定板上设有两条相互平行的第三导轨，所述第三导轨上设有与其配合的第三滑块，两条所述第三导轨之间还设有第三丝杠螺母副，所述第三丝杠螺母副的第三螺母和所述第三滑块上共同固定有支板，所述转动块固定在所述支板上，所述第三丝杠螺母副的轴线与所述第三滑块的滑动方向平行，所述第二销轴的轴线与所述第三滑块的滑动方向垂直，所述第三丝杠螺母副第三电动机驱动，所述第三电动机的输出轴和所述第三丝杠螺母副的第三丝杠通过第三皮带轮转动连接，所述第三电动机的输出轴的轴线与所述第三丝杠的轴线平行。通过两个转动机构的配合实现机械手与悬臂的柔性连接，使其在定位过程中方便对不同的自由度进行调整，水平仪的设置保证了悬臂的水平度，在定位过程中不会使其偏离既定轨迹，有效提高了定位精度。

(4)本发明所述的第二滑动机构包括第二电动机和与其同轴心配合的第二减速器，所述第二减速器的输出端通过同步带轮转动连接第二丝杠螺母副，所述第二丝杠螺母副的第二螺母底部固定所述卡爪，所述第二丝杠螺母副的丝杠通过第二固定架设有同步编码器，所述悬臂为底部开口的U形架，所述悬臂的两侧壁对称设有多个均匀分布的第一导向凸轮和第二导向凸轮，所述第一导向凸轮的轴线与所述第二导向凸轮的轴线相互垂直，所述第一导向凸轮的轴线与所述第二螺母的滑动方向垂直，所述第一导向凸轮和所述第二导向凸轮的轴线相互垂直，所述卡爪靠近所述支架的一侧设有水平放置的双向电缸，所述双向电缸的轴线垂直于所述第二螺母的滑动方向。通过第二电动机输出的动力驱动第二丝杠螺母副运动，进而使卡爪前后移动以对硅棒装卸，同步编码器的设置保证了第二丝杠螺母副的工作进度，实现控制的高效性，通过两个相垂直的两组导向凸轮的设置保证了对装卸过程中硅棒提供支撑力和导向力，节省驱动力，提高装卸的效率。

(5)本发明所述的悬臂两侧还设有对称的夹紧机构，所述夹紧机构包括穿过所述悬臂与其固定连接的磁铁固定座，所述磁铁固定座的中心开有阶梯型通孔，所述通孔内通过弹簧弹性连接有铜柱，电磁铁固定在所述磁铁固定座上，穿过所述电磁铁间隙配合有滑柱，所述滑柱靠近所述电磁铁的一端固定有铁块，所述滑柱的另一端伸入所述铜柱的中心孔内与其侧壁间隙配合，所述铁块到所述电磁铁之间的距离大于所述滑柱到所述中心孔底部的距离，所述弹簧的最大压缩量大于所述铁块到所述电磁铁的距离，所述铜柱的高度小于所述磁铁固定座的深度。通过对电磁铁的通断电实现对硅棒的进一步的夹紧，保证转运过程中安全稳定，防止发生安全事故，此种夹紧机构结构简单，实现效果较好，节约生产成本。

(6)本发明所述的第一滑动机构包括第一电动机和与其同轴心连接的第一丝杠螺母副，所述第一丝杠螺母副的第一丝杠两侧设有对称的第一导轨滑块，第一固定板固定在所述第一丝杠螺母副的第一螺母顶部和所述第一导轨滑块的第一滑动块顶部上，所述机械手固定在所述第一固定板上，所述第一丝杠的轴线与所述第一滑块的滑动方向平行，所述第一丝杠的轴线与所述底座的上表面垂直。通过简单的结构实现对机械手的滑动连接，能够使其自由上下移动，移动距离控制较精确，保证机械手的高精度和高效率的定位。

(7)本发明所述的底座上可拆卸连接泥沙接盘，所述泥沙接盘的宽度大于所述硅棒的宽度和所述第三滑块的滑动距离之和，所述泥沙接盘两侧对称设有把手。防止运动过程中比较颠簸时硅棒的碎屑掉入底座，影响其内控制系统的清洁度要求，降低各部分机构的使用寿命，且维修不方便，生产成本增加。

(8)本发明所述的支架远离所述机械手的一端设有双触摸屏，所述支架顶部设有警示灯，所述底座上还设有120AH锂电池，所述底部四角处均匀分布有万向轮，所述底座上设有控制单元，所述AGV控制系统、所述万向轮、所述第一电动机、所述第二电动机、所述第三电动机、所述双触摸屏、所述电磁铁、所述水平仪、所述警示灯、前端激光测距传感器和所述双向电缸分别与所述控制单元电连接。实现控制的自动化，锂电池的使用实现设备的快速充电，保证设备持续稳定高效的工作，提高工作效率，降低成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种硅棒自动装卸机器人整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种硅棒自动装卸机器人第一滑动机构部分结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一种硅棒自动装卸机器人悬臂部分结构示意图；

图4为本发明实施例所述的一种硅棒自动装卸机器人转动机构部分结构示意图；

图5为本发明实施例所述的一种硅棒自动装卸机器人第二滑动机构部分结构示意图；

图6为本发明实施例所述的一种硅棒自动装卸机器人夹紧机构部分结构示意图；

图7为本发明实施例所述的一种硅棒自动装卸机器人用夹紧机构部分结构示意图。

附图标记说明：

1-底座；2-泥沙接盘；3-硅棒；4-夹紧机构；5-转动机构；6-悬臂；7-第二级定位机构；8-机械手；9-支架；10-万向轮；11-AGV控制系统；12-锂电池；13-双触摸屏；14-第一电动机；15-第一固定板；16-第一导轨滑块；17-第一丝杠螺母副；18-警示灯；19-第二滑动机构；20-水平仪；201-把手；401-磁铁固定座；402-通孔；403-弹簧；404-铜柱；405-电磁铁；406-滑柱；407-铁块；408-中心孔；501-第一支座；502-转动环；503-吊环；504-第二销轴；505-固定板；506-支板；507-转动块；508-第二支座；509-第三导轨；510-第三丝杠螺母副；511-第三滑块；512-第三皮带轮；513-第三电动机；514-第一销轴；601-第一导向凸轮；602-第二导向凸轮；701-前端激光测距传感器；702-定位块；703-固定座；704-U形块；1901-第二电动机；1902-第二减速器；1903-第二固定架；1904-同步编码器；1905-同步带轮；1906-第二丝杠螺母副；1907-第二螺母；1908-双向电缸；1909-卡爪。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示一种硅棒自动装卸机器人，包括底座1和置于其上固定连接的支架9，所述支架9侧壁通过第一滑动机构滑动连接机械手8，所述机械手8底部通过转动机构5柔性连接有悬臂6，所述悬臂6底部设有夹爪1909，所述夹爪1909通过第二滑动机构19在所述悬臂6上滑动连接。高精度高效率的控制夹爪1909对硅棒3的夹紧或放松，通过此设备的使用能够实现硅棒3的自动装卸，无需人工操作，能够高效的实现精准的定位以对硅棒3进行自动装卸，实现控制的自动化，减轻工作人员的工作量，提高工作效率且降低了成本。

其中，所述底座1上设有定位机构，所述定位机构分为第一级定位机构和第二级定位机构7，所述第一级定位机构为置于所述底部的AGV控制系统11，所述第二级定位机构包括固定座703和置于其上的定位块702，所述固定座703远离所述定位块702的一端与所述机械手8远离所述支架9的一端固定，所述定位块702通过所述固定座703固定在所述悬臂6上表面，所述定位块702为U形结构，且所述定位块702的侧面与所述悬臂6上表面相互垂直，所述固定座703上还设有前端激光测距传感器701，所述前端激光测距传感器701对称置于所述定位块702两侧，且其高度与所述定位块702高度相同，所述定位块702的U形外壁光滑无毛刺，且设有与其外壁间隙配合的U形块704，所述U形块704和所述定位块702的配合精度在±0.5mm。通过AGV控制系统实现转运过程中的固定位置的初步定位，停止精度±5MM，负载500KG，反应时间≦2MS，定位块702和与其配合的固定在其他架子上的U形块704进一步的精度控制定位及前端激光测距传感器701的应用，前端激光测距传感器701调整精度±0.2MM，保证了该设备转运过程中高效稳定及高精度的定位，便于硅棒3的装卸，定位精度较高。

其中，所述转动机构5分为第一转动机构和第二转动机构，所述悬臂6上设有水平仪20，所述水平仪20置于所述第一转动机构和所述第二转动机构之间，所述第一转动机构包括固定在所述悬臂6上的第一支座501，所述第一支座501上铰接有转动环502，所述机械手8底部固定有吊环503，所述吊环503置于所述转动环502内，所述第一支座501和所述转动环502通过第一销轴514铰接，所述第一销轴514的轴线垂直于所述悬臂6，所述第二转动机构包括固定在所述悬臂6上的第二支座508，所述第二支座508上铰接有转动块507，所述转动块507的另一端通过第三滑动机构与所述机械手8滑动连接，所述第二支座508与所述转动块507通过第二销轴504铰接，所述第二销轴504的轴线与所述第一销轴514的轴线相互垂直，所述第三滑动机构包括固定在所述悬臂6底部的固定板505，所述固定板505上设有两条相互平行的第三导轨509，所述第三导轨509上设有与其配合的第三滑块511，两条所述第三导轨509之间还设有第三丝杠螺母副510，所述第三丝杠螺母副510的第三螺母和所述第三滑块上共同固定有支板506，所述转动块507固定在所述支板506上，所述第三丝杠螺母副510的轴线与所述第三滑块511的滑动方向平行，所述第二销轴504的轴线与所述第三滑块511的滑动方向垂直，所述第三丝杠螺母副510通过第三电动机513驱动，所述第三电动机513的输出轴和所述第三丝杠螺母副510的第三丝杠通过第三皮带轮512转动连接，所述第三电动机513的输出轴的轴线与所述第三丝杠的轴线平行。通过两个转动机构的配合实现机械手8与悬臂6的柔性连接，使其在定位过程中方便对不同的自由度进行调整，水平仪20的设置保证了悬臂6的水平度，在定位过程中不会使其偏离既定轨迹，有效提高了定位精度。

其中，所述第二滑动机构19包括第二电动机1901和与其同轴心配合的第二减速器1902，所述第二减速器1902的输出端通过同步带轮1905转动连接第二丝杠螺母副1906，所述第二丝杠螺母副1906的第二螺母1907底部固定所述卡爪1909，所述第二丝杠螺母副1906的丝杠通过第二固定架1903设有同步编码器1904，所述悬臂6为底部开口的U形架，所述悬臂6的两侧壁对称设有多个均匀分布的第一导向凸轮601和第二导向凸轮602，所述第一导向凸轮601的轴线与所述第二导向凸轮602的轴线相互垂直，所述第一导向凸轮601的轴线水平且与与所述第二螺母1907的滑动方向垂直，所述第一导向凸轮601和所述第二导向凸轮602的轴线相互垂直，所述卡爪1909靠近所述支架9的一侧设有水平放置的双向电缸1908，所述双向电缸1908的轴线垂直于所述第二螺母1907的滑动方向。通过第二电动机1901输出的动力驱动第二丝杠螺母副1906运动，进而使卡爪1909前后移动以对硅棒3装卸，同步编码器1904的设置保证了第二丝杠螺母副1906的工作进度，实现控制的高效性，通过两个相垂直的两组导向凸轮的设置保证了对装卸过程中硅棒3提供支撑力和导向力，节省驱动力，提高装卸的效率。

其中，所述悬臂6两侧还设有对称的夹紧机构4，所述夹紧机构4包括穿过所述悬臂6与其固定连接的磁铁固定座401，所述磁铁固定座401的中心开有阶梯型通孔402，所述通孔402内通过弹簧403弹性连接有铜柱404，电磁铁405固定在所述磁铁固定座401上，穿过所述电磁铁405间隙配合有滑柱406，所述滑柱406靠近所述电磁铁405的一端固定有铁块407，所述滑柱406的另一端伸入所述铜柱404的中心孔408内与其侧壁间隙配合，所述铁块407到所述电磁铁405之间的距离大于所述滑柱406到所述中心孔408底部的距离，所述弹簧403的最大压缩量大于所述铁块407到所述电磁铁405的距离，所述铜柱404的高度小于所述磁铁固定座401的深度。通过对电磁铁405的通断电实现对硅棒3的进一步的夹紧，保证转运过程中安全稳定，防止发生安全事故，此种夹紧机构4结构简单，实现效果较好，节约生产成本。

其中，所述第一滑动机构包括第一电动机14和与其同轴心连接的第一丝杠螺母副17，所述第一丝杠螺母副17的第一丝杠两侧设有对称的第一导轨滑块16，第一固定板15固定在所述第一丝杠螺母副17的第一螺母顶部和所述第一导轨滑块16的第一滑动块顶部上，所述机械手8固定在所述第一固定板15上，所述第一丝杠的轴线与所述第一滑块的滑动方向平行，所述第一丝杠的轴线与所述底座1的上表面垂直。通过简单的结构实现对机械手8的滑动连接，能够使其自由上下移动，移动距离控制较精确，保证机械手8的高精度和高效率的定位。

其中，所述底座1上可拆卸连接泥沙接盘2，所述泥沙接盘2的宽度大于所述硅棒3的宽度和所述第三滑块511的滑动距离之和，所述泥沙接盘2两侧对称设有把手201。防止运动过程中比较颠簸时硅棒3的碎屑掉入底座1，影响其内控制系统的清洁度要求，降低各部分机构的使用寿命，且维修不方便，生产成本增加。

其中，所述支架9远离所述机械手8的一端设有双触摸屏13，所述支架9顶部设有警示灯18，所述底座1上还设有120AH锂电池12，所述底部1四角处均匀分布有万向轮10，所述底座1上设有控制单元，所述AGV控制系统11、所述万向轮10、所述第一电动机14、所述第二电动机1901、所述第三电动机513、所述双触摸屏13、所述电磁铁405、所述水平仪20、所述警示灯18、所述前端激光测距传感器701、和所述双向电缸1908分别与所述控制单元电连接。实现控制的自动化，锂电池12的使用实现设备的快速充电，保证设备持续稳定高效的工作，提高工作效率，降低成本。

本发明的工作原理：如图1所示一种硅棒自动装卸机器人，在本设备使用前，首先需要将U形块704固定在存放硅棒3的存放架侧壁，靠近其带有U形块704的空地上设置AGV的定位装置，使AGV控制系统11能够寻迹进入其定位范围内，将锂电池12充满电后固定在底座1上，工作人员通过双触摸屏13分别输入AGV控制系统11和机械手8的控制流程，完毕后，启动控制单元，控制单元控制各部分与其电连接的机构分别运动，首先通过AGV控制系统11驱动万向轮10运动到固定的位置上，在万向轮10运动的过程中，警示灯18亮起，此时停止精度±5MM，负载500KG，反应时间≦2MS，实现机器人的粗略定位，同时通过第一滑动机构控制机械手8上下运动，使U形块704和定位块702相对保持同一直线，然后通过转动机构5多自由度柔性调整悬臂的位置，同时通过前端激光测距传感器701的共同作用提高悬臂上的定位块702和存放架上的U形块704配合精度，使机械人的定位精度进一步提高在±0.2MM之间，完成定位后，控制单元控制第二滑动机构19工作，通过第二电动机1901驱动同步带轮1905进而控制第二丝杠螺母副1906运动，同步编码器1904的使用控制了第二丝杠螺母副1906的工作精度，第二螺母1907上的卡爪1909随之向前运动，卡爪1909为现有常用结构，后部通过双向电缸1908控制其水平夹紧或放松，此时双向电缸1908的顶杆伸出，使卡爪1909开口变大，当前进到卡爪1909头部与硅棒3上的通孔对其时停止运动，控制双向电缸1908的顶杆回收，卡爪1909夹紧，使其卡爪1909头部伸入硅棒3的通孔内进行夹紧，夹紧完成后，控制第二电动机1901反向运转，使硅棒3进入悬臂6底部的导轨，第一导向凸轮601在支撑硅棒3的同时与第二导向凸轮602一起带动硅棒3向内滑动，减小摩擦力，直至第二丝杠螺母副1906的第二螺母1907复位，然后对电磁铁405进行通电，铁块407随之吸附在电磁铁405表面，与其固定的滑柱406向下运动，从而推动与磁铁固定座401弹性连接的铜柱404向悬臂6内的硅棒3压紧，进而实现对硅棒3的进一步的夹紧，提高了转运过程中的安全性，此时硅棒3的装载完成，底部的泥沙接盘2的设置保证了硅棒3粉末进入底座1的控制系统内，然后控制系统发出命令，开始对硅棒3进行转运，转运的另一位置的要求同样是地下具有AGV定位装置和相应的架子上设有U形块704，重复上述的步骤进行转运，定位后，电磁铁405断电，卡爪1909带动硅棒3移出，打开卡爪1909，即可完成硅棒3卸载，机器人再回到原位置重复以上操作即可自动高效完成硅棒3的装卸。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。