椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，属于焊接机器人技术领域，包括由X轴平移组件和Y轴平移组件串联形成的机械臂、Z轴转台、控制器、焊接电源和焊枪等；带有椭圆轨迹焊缝的工件随工件安装台受控转动，焊枪随X轴、Y轴平移组件受控移动。该装置采用独立运动的三自由度机构实现了对工件椭圆轨迹焊缝高质量焊接功能，采用该装置进行焊接时，焊枪始终处于椭圆轨迹焊缝上在焊接点处的法线，焊接方向为椭圆轨迹的切线方向，且该切线始终朝向预先设定某个固定方向上，焊接速度保持恒定，焊接质量高，效率高，装置的制造、维修和使用成本低；由于在焊接中的每一点，焊枪与工件上的焊缝焊点均始终保持一种相对位置和姿态，因此可达到优化的焊接效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接机器人
，特别涉及一种椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置的结构设计。
技术介绍
在航天、航空、船舶和石油化工等领域，大量存在各种具有椭圆弧形的设备。在设备的生产过程中，需要将エ件沿椭圆弧轨迹焊接起来。为了获得高质量的焊缝，エ件焊接时需要同时达到如下多个目标焊接时焊枪要求始终处于平焊位置，焊枪始终竖直向下，且焊接方向与椭圆形轨迹在该点的切线方向一致，该切线必须为水平线，焊接速度保持恒定。目 前，椭圆轨迹的焊接多采用人エ焊接方式，少数也有采用6轴垂直关节型エ业机器人进行焊接。前者对エ人的技术水平要求高且工人的劳动强度大、焊接效率低，焊接质量不易保证；后者设备复杂，生产和维护成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，该装置可方便实现对エ件椭圆轨迹焊缝的焊接，采用该装置进行焊接时，焊枪始終处于椭圆轨迹焊缝上在焊接点处的法线，焊接方向为椭圆轨迹的切线方向，且该切线始終朝向预先设定某个固定方向上以保证获得优化的焊接质量，焊接速度保持恒定，焊接质量高，效率高，装置的制造、维修和使用成本低。本专利技术的技术方案如下本专利技术提供的一种椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在干包括机械臂、Z轴转台、控制器、焊接电源和焊枪；所述机械臂包括依次串联起来的X轴平移组件和Y轴平移组件；待焊エ件的焊缝中心线为椭圆轨迹；所述X轴平移组件包括第一基座、X轴电机、X轴传动机构和第一滑块；所述X轴电机与第一基座固接，所述X轴电机的输出轴与X轴传动机构的输入端相连，所述X轴传动机构的输出端与第一滑块相连，所述第一滑块滑动镶嵌在第一基座上；所述Y轴平移组件包括第二基座、Y轴电机、Y轴传动机构和第二滑块；所述第二基座与第一滑块固接；所述Y轴电机与第二基座固接，所述Y轴电机的输出轴与Y轴传动机构的输入端相连，所述Y轴传动机构的输出端与第二滑块相连，所述第二滑块滑动镶嵌在第二基座上；所述Z轴转台包括第三基座、Z轴电机、Z轴传动机构、关节轴和エ件安装台；所述第三基座与第一基座固接；所述Z轴电机与第三基座固接，所述Z轴电机的输出轴与Z轴传动机构的输入端相连，所述Z轴传动机构的输出端与关节轴相连，所述关节轴活动套设在第三基座中，所述エ件安装台固定套接在关节轴上；所述焊枪安装在第二滑块上，焊枪与焊接电源相连；所述X轴电机、Y轴电机和Z轴电机分别与控制器相连；所述控制器与焊接电源相连；需要焊接的エ件固定安装在エ件安装台上；エ件上具有椭圆轨迹的焊缝；设所述第一滑块相对于第一基座的滑动方向为直线q ;设所述第二滑块相对于第ニ基座的滑动方向为直线s ;设所述关节轴的中心线为直线U ;直线q、直线s和直线U三者两两垂直；设直线q与直线s构成平面Q1，设エ件上焊缝中心线的椭圆轨迹所在平面为平面Q2，平面Q1与平面Q2重合； 控制器控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机同时转动； 建立世界坐标系{C}，所述世界坐标系{C}的原点为关节轴的中心0。，世界坐标系{C}的横轴X。与直线q平行，X。轴的正方向为离开椭圆轨迹的方向，也是第一滑块相对于第一基座滑动的正方向，世界坐标系1C}的纵轴y。与直线s平行，y。轴的正方向为离开椭圆轨迹的方向，也是第二滑块相对于第二基座滑动的正方向，该世界坐标系1C}与第三基座固接；建立椭圆坐标系{A},所述椭圆坐标系{A}的原点为椭圆轨迹的中心Oa,椭圆坐标系{A}的横轴xA与椭圆长轴重合,椭圆坐标系{A}的纵轴yA与椭圆短轴重合,所述椭圆坐标系{A}与带椭圆轨迹焊缝的エ件固接；点Oc在椭圆坐标系{A}中的坐标值为(dx，dy), (dx，dy)为已知常量；设焊接速度为预设值Vw，设エ件绕关节轴逆时针转动角速度为《 ;设a为所述椭圆轨迹的长轴的一半，b为所述椭圆轨迹的短轴的一半；设所述椭圆轨迹的长轴与X。轴的夹角为0，0< 0 <90° ;所述焊枪的中心线与y。轴平行，焊枪的中心线与椭圆轨迹的交点为焊点P ;所述焊点P在世界坐标系1C}中的坐标为(Xe，Y。)；设焊枪的末端点T在世界坐标系1C}中的坐标为(XT。，Ytc);所述焊枪的末端点T与焊点P的距离为预设值La;焊枪的末端点T和焊点P沿X。轴的速度相等，均为V1，相对世界坐标系{C}而言；焊枪的末端点T和焊点P沿y。轴的速度相等，均为V2，相对世界坐标系{C}而言；控制器控制エ件和焊枪满足下列关系权利要求1.一种椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于包括机械臂、Z轴转台(3)、控制器(4)、焊接电源(5)和焊枪(6);所述机械臂包括依次串联起来的X轴平移组件(I)和Y轴平移组件(2);待焊工件的焊缝中心线为椭圆轨迹； 所述X轴平移组件包括第一基座(11)、X轴电机(12)、X轴传动机构(13)和第一滑块(14);所述X轴电机与第一基座固接,所述X轴电机的输出轴与X轴传动机构的输入端相连，所述X轴传动机构的输出端与第一滑块相连,所述第一滑块滑动镶嵌在第一基座上；所述Y轴平移组件包括第二基座(21)、Y轴电机(22)、Y轴传动机构(23)和第二滑块(24);所述第二基座与第一滑块固接；所述Y轴电机与第二基座固接，所述Y轴电机的输出轴与Y轴传动机构的输入端相连，所述Y轴传动机构的输出端与第二滑块相连，所述第二滑块滑动镶嵌在第二基座上； 所述Z轴转台包括第三基座(31)、Z轴电机(32 )、Z轴传动机构(35 )、关节轴(33 )和工件安装台(34);所述第三基座与第一基座固接；所述Z轴电机与第三基座固接，所述Z轴电机的输出轴与Z轴传动机构的输入端相连，所述Z轴传动机构的输出端与关节轴相连，所述关节轴活动套设在第三基座中，所述工件安装台固定套接在关节轴上； 所述焊枪固定安装在第二滑块上，焊枪与焊接电源相连；所述X轴电机、Y轴电机和Z轴电机分别与控制器相连；控制器控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机同时转动；所述控制器与焊接电源相连；需要焊接的工件固定安装在工件安装台上；工件上具有椭圆轨迹的焊缝；设所述第一滑块相对于第一基座的滑动方向为直线q ;设所述第二滑块相对于第二基座的滑动方向为直线s ;设所述关节轴的中心线为直线u ;直线q、直线s和直线u三者两两垂直；设直线q与直线s构成平面Q1，设工件上焊缝中心线的椭圆轨迹所在平面为平面Q2,平面Q1与平面Q2重合； 建立世界坐标系{C}，所述世界坐标系{C}的原点为关节轴的中心O。，世界坐标系{C}的横轴X。与直线q平行，X。轴的正方向为离开椭圆轨迹的方向，也是第一滑块相对于第一基座滑动的正方向，世界坐标系1C}的纵轴y。与直线s平行，y。轴的正方向为离开椭圆轨迹的方向，也是第二滑块相对于第二基座滑动的正方向，该世界坐标系1C}与第三基座固接；建立椭圆坐标系{A}，所述椭圆坐标系{A}的原点为椭圆轨迹的中心Oa，椭圆坐标系{A}的横轴xA与椭圆长轴重合,椭圆坐标系{A}的纵轴yA与椭圆短轴重合,所述椭圆坐标系{A}与带椭圆轨迹焊缝的工件固接；点O。在椭圆坐标系{A}中的坐标值为(dx，dy)，(dx, dy)为已知常量； 设焊接速度为预设值，设工件绕关节轴逆时针转动角速度为《 ;设a为所述椭圆轨迹的长轴的一半，b为所述椭圆轨迹的短轴的一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：包括机械臂、Z轴转台（3）、控制器（4）、焊接电源（5）和焊枪（6）；所述机械臂包括依次串联起来的X轴平移组件（1）和Y轴平移组件（2）；待焊工件的焊缝中心线为椭圆轨迹；所述X轴平移组件包括第一基座（11）、X轴电机（12）、X轴传动机构（13）和第一滑块（14）；所述X轴电机与第一基座固接，所述X轴电机的输出轴与X轴传动机构的输入端相连，所述X轴传动机构的输出端与第一滑块相连，所述第一滑块滑动镶嵌在第一基座上；所述Y轴平移组件包括第二基座（21）、Y轴电机（22）、Y轴传动机构（23）和第二滑块（24）；所述第二基座与第一滑块固接；所述Y轴电机与第二基座固接，所述Y轴电机的输出轴与Y轴传动机构的输入端相连，所述Y轴传动机构的输出端与第二滑块相连，所述第二滑块滑动镶嵌在第二基座上；所述Z轴转台包括第三基座（31）、Z轴电机（32）、Z轴传动机构（35）、关节轴（33）和工件安装台（34）；所述第三基座与第一基座固接；所述Z轴电机与第三基座固接，所述Z轴电机的输出轴与Z轴传动机构的输入端相连，所述Z轴传动机构的输出端与关节轴相连，所述关节轴活动套设在第三基座中，所述工件安装台固定套接在关节轴上；所述焊枪固定安装在第二滑块上，焊枪与焊接电源相连；所述X轴电机、Y轴电机和Z轴电机分别与控制器相连；控制器控制X轴电机、Y轴电机和Z轴电机同时转动；所述控制器与焊接电源相连；需要焊接的工件固定安装在工件安装台上；工件上具有椭圆轨迹的焊缝；设所述第一滑块相对于第一基座的滑动方向为直线q；设所述第二滑块相对于第二基座的滑动方向为直线s；设所述关节轴的中心线为直线u；直线q、直线s和直线u三者两两垂直；设直线q与直线s构成平面Q1，设工件上焊缝中心线的椭圆轨迹所在平面为平面Q2，平面Q1与平面Q2重合；建立世界坐标系{C}，所述世界坐标系{C}的原点为关节轴的中心OC，世界坐标系{C}的横轴xC与直线q平行，xC轴的正方向为离开椭圆轨迹的方向，也是第一滑块相对于第一基座滑动的正方向，世界坐标系{C}的纵轴yC与直线s平行，yC轴的正方向为离开椭圆轨迹的方向，也是第二滑块相对于第二基座滑动的正方向，该世界坐标系{C}与第三基座固接；建立椭圆坐标系{A}，所述椭圆坐标系{A}的原点为椭圆轨迹的中心OA，椭圆坐标系{A}的横轴xA与椭圆长轴重合，椭圆坐标系{A}的纵轴yA与椭圆短轴重合，所述椭圆坐标系{A}与带椭圆轨迹焊缝的工件固接；点OC在椭圆坐标系{A}中的坐标值为(dx,dy)，(dx,dy)为已知常量；设焊接速度为预设值vw，设工件绕关节轴逆时针转动角速度为ω；设a为所述椭圆轨迹的长轴的一半，b为所述椭圆轨迹的短轴的一半；设所述椭圆轨迹的长轴与xC轴的夹角为θ，0≤θ≤90°；所述焊枪的中心线与yC轴平行，焊枪的中心线与椭圆轨迹的交点为焊点P；所述焊点P在世界坐标系{C}中的坐标为(XC,YC)；设焊枪的末端点T在世界坐标系{C}中的坐标为(XTC,YTC)；所述焊枪的末端点T与焊点P的距离为预设值La；焊枪的末端点T和焊点P 沿xC轴的速度相等，均为v1，相对世界坐标系{C}而言；焊枪的末端点T和焊点P沿yC轴的速度相等，均为v2，相对世界坐标系{C}而言；控制器通过控制控制工件和焊枪满足下列关系：XC=(a2-b2)sinθa2tan2θ+b2-dxcosθ+dysinθ,YC=a2tan2θ+b2cosθ-dxsinθ-dycosθ,XTC=XC,YTC=YC+La,β=arctan(YCXC),ω=vw(M+XC2+YC2sinβ)2+(N-XC2+YC2cosβ)2,v1=Mω，v2=Nω，其中，M=(a2-b2)(b2-a2tan4θ)cosθ(a2tan2θ+b2)a2tan2θ+b2+dxsinθ+dycosθ,N=(a2-b2)sinθa2tan2θ+b2-dxcosθ+dysinθ,所述θ与时间t的关系是ω的积分；在预设了初始时刻的初始角度后，可以基于上述公式通过逐点计算方法计算得到θ与时间t的关系。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：都东，王力，张文增，张骅，韩赞东，郑军，潘际銮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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