机器人自动化太阳能电池板固化系统
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摘要：本文提出了一种用于太阳能电池板组件生产线的机器人自动化固化系统。其主要内容包括机器人及其控制、气动控制系统、电气控制系统等。这种固化系统保证了固化过程的稳定性、高效性以及优良的生产质量。
中图分类号：TP368.1 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2015）013-000-01
引言
近年来，太阳能电池行业的发展突飞猛进，前景十分广阔。在电池行业中，市场空间最大的是太阳能电池，此行业越来越受到世界各国的广泛重视。因此，现今迫切需求太阳能电池行业生产线与时俱进，提高生产效率。而在太阳能电池板层压、组框后的固化环节是尤为重要的一环，各种形式的汽车挡风玻璃机器人涂胶工作站便应运而生[1][2]。
这里介绍一种结构简单、生产效率高且已经用于实际生产的机器人自动化固化系统。
一、总体布局
某太阳能电池厂商组件生产线上电池板的尺寸参数为：Ⅰ型1580×808×45mm，Ⅱ型1650×992×50mm，Ⅲ型1960×992×50mm；Ⅳ型1580×992×50mm。
固化室总体布局图，主要包括机器人及其控制系统、固化室电气控制系统、气动系统、出入料口定位工作台以及机器人滑台、机械手和货架的机械结构。固化室工作时，太阳能电池板经由传送带传送至入料口工作台，并进行夹紧定位，之后利用机器人机械手上的吸盘将电池板吸合住，夹具松开，机器人抓起电池板按一定顺序放入货架之中，待固化室中的电池板固化好（6小时）之后，机器人再依次取出电池板翻转180°放到出料口工作台上，对其进行定位夹紧，并由机器人机械手侧面的刮刀在其表面进行刮胶清理。固化室刚运行时，货架均为空置，刚放入的电池板也未固化好，机器人只执行放入动作，待固化室内有电池板固化完毕，固化室的生产节拍为机器人放入一块取出一块交替进行，保证固化室处于较高的利用率之下。
二、机器人
机器人是整个固化系统的核心，选用MOTOMAN ES165D型六自由度垂直关节机器人，这种型号的机器人位姿灵活，手臂长，动作范围大，最大动作半径为R2651mm，最大承载165kg，重复定位精度 0.06mm。通过在线示教，编制适合不同类型、不同尺寸的工件作业程序，由编码器判别工件型号，调用相应的作业程序，特别适用于多种工件的混流生产。
三、机械结构
主要机械结构有四部分，包括机器人机械手、太阳能电池板货架、机器人滑台、出入料口工作台自动定位装置四部分。
机器人机械手根据太阳能电池板的型号尺寸确定其结构图，在机械手上安装有上下各四个吸盘，位置对称仅高度不同，并装有传感器，用于检测货架内工件的有无，以免发生机械手将工件碰碎的情况，在机械手的侧面装有用于刮胶的刮刀，当工件进入入料口工作台并定位好时，机器人利用机械手的下吸盘抽真空将电池板吸起，在检测应放置货架内无工件后，执行动作放入相应的货架当中，待工件固化完毕之后，再用同样的方式用上吸盘将电池板取出并翻转放到出料口工作台上。
太阳能电池板货架必须适用于各种型号尺寸的工件，根据工件型号尺寸，来确定每层货架的长度、宽度和高度，根据机器人的最大臂展高度、固化室的占地面积以及满足固化室生产节拍所需的容量来确定货架的数量和层数，最终定为19个货架，每个货架21层，满足了生产节拍，同时也使占地面积最小化。机器人放入电池板时，由货架的下端向上端逐层放置，取出电池板时，由货架的下端向上端逐层去出，遵循先入先出原则。
机器人滑台通过地脚螺栓固定在固化室中央的地板上，太阳能电池板货架均布于滑台的两侧，机器人固定在能在滑台上滑动的底座上，由外部电机驱动其运行，滑台的长度由固化室内货架的总宽度决定，滑台的宽度由机器人底座的尺寸决定，，滑台的高度不得高于货架的最底层同时也要保证足够的强度供机器人在其上面运行。
出、入料口自动夹紧工作台上各装有两套对称布置的定心夹紧装置，长宽两个方向的两套定心机构采用气缸驱动的双齿条齿轮机构，定心滚轮可同时相向或反向运动，实现自动对中，夹紧吸盘由真空发生器作用形成负压。另外，在齿轮上安装有编码器，用于检测玻璃的类型。
四、气动控制系统
气动控制系统由三部分组成，即机器人机械手气动控制、入料口自动夹紧工作台气动控制和出料口自动夹紧工作台气动控制。机器人机械手上的吸盘吸紧装置、工件定心和夹紧装置中的多个运动采用气压驱动。气缸由开关阀、三联件、电磁换向阀、单向节流阀等控制，用于夹紧的真空吸盘由组合的真空发生器控制。机器人机械手气动控制系统控制机械手上的四个吸盘；自动夹紧工作台气动控制系统控制自动定位夹紧装置。
五、电气控制系统
电气控制系统由两部分组成，即机器人控制系统、工作站控制系统。机器人控制柜除控制机器人的六个电机外，还与工作站控制系统通信；工作站控制柜是主控柜，除负责机器人设备的信号处理和动作控制外，还要完成两个系统之间的信号协调和控制。
六、结论
本文简要介绍了一个实用的机器人自动化太阳能电池板固化系统。随着我国太阳能行业的迅速发展，机器人自动化固化系统的需求将会不断增大，而且其系统构成原理也适用于多种类似的固化系统[3]。
参考文献：
[1]郗安民，刘颖，狄春良，等.汽车玻璃涂胶机器人工作站[J].机电产品开发与创新，2004，17（5）：39-40.
[2]曹铁林，姜涛，郭志恒，等.机器人在风挡玻璃涂胶系统中的成功应用[J].首钢莫托曼专刊，2006：12-15.
[3]A. Mardanov， J. Seyfried， S. Fatikow.An automated assembly system for a microassembly station [J] Computers in industry，1999，33：93-102.