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移动式焊接机器人本体建模及相关传感设计

时间：2017-05-23 来源：机器人在线阅读：9161 原创

如图 2.10 所示，在 CATIA 中建立移动焊接机器人本体的 3D 模型。将小车底座前部设计成船型以防止移动焊接机器人在转弯过程中与工件发生碰撞，采用硬铝材料以减轻整体质量。为达到 100N 吸附力设计要求，在小车底座后部增加永磁模块，在增加吸附力的同时保证了机器人整体平衡和行走稳定性。

根据实际焊接工况，环境复杂、空间狭小，所以移动焊接机器人系统中需设计避障传感器，一方面防止机器人与工件发生碰撞导致焊接失败，另一方面在直角转弯焊接过程中，机器人需根据避障传感器检测出与工件之间的距离来判断转弯时机。由于焊接作业是连续进行的，这就要求传感器在工作时拥有强大的抗干扰能力同时输出模拟量信号。

超声波传感器具有抗干扰能力强、方向性好、可定向传播等诸多优点而被应用在工业、国防等方面。根据设计要求，选取美国 BANNER 的 U-GAGETM S18UIA 型超声波传感器。如图 2.11 所示，其体积小便于安装，检测范围30~300mm 可调，工作电压 10~30V，输出为模拟量电流区间为 4~20m A。实际使用中通过调节器近限点与远限点来确定探测区间，在区间内输出信号与探测距离线性成比例，可实现高精度探测。

在实际焊接中，有可能出现高空作业等情况，当焊接机器人行走到工件边缘时如果不自动停止，会造成安全事故。所以移动焊接机器人系统中需设计防跌落模块，在机器人底座四角分别安装一个防跌落传感器，当机器人行走到工件边缘时，任何一个传感器发出信号则机器人停止焊接工作。选择防跌落传感器型号为 E3F1-DS5B2 型光电传感器。如图 2.12 所示，其规格为 M12×1 细牙螺纹，长度 60mm，结构紧凑便于安装。其技术参数如下：漫反射检测方式，输出方式为 NPN 常开，工作电压 10-36V，适应温度为-30℃~80℃。

移动焊接机器人正常工作时，4 个光电开关发射红外光，通过工作平面反射回传感器接受装置，当焊接机器人行走到工件边缘时其中一个传感器悬空不能接受反射光，则光电开关信号发生变化，此时机器人终止焊接工作。

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