雙曲線軌跡定向切線恒速焊接機器人裝置制造方法及圖紙

雙曲線軌跡定向切線恒速焊接機器人裝置，屬于焊接機器人技術領域。該裝置包括由X軸平移組件和Y軸平移組件形成的機械臂、Z軸轉臺、控制器、焊接電源和焊槍等；帶有雙曲線軌跡焊縫的工件隨工件安裝臺受控轉動，焊槍隨X軸、Y軸平移組件受控移動。本發明專利技術采用獨立運動的三自由度機構實現了對工件雙曲線軌跡焊縫高質量焊接功能；進行焊接時，焊槍始終處于雙曲線軌跡焊縫焊接點處的法線上，焊接方向為雙曲線軌跡的切線方向，且該切線始終朝向預先設定某個固定方向上，焊接速度保持恒定，效率高，且制造、維修和使用成本低；由于在焊接中的每一點，焊槍與工件上的焊縫焊點均始終保持一種相對位置和姿態，因此可以達到優化的焊接效果。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于焊接機器人
，特別涉及一種雙曲線軌跡定向切線恒速焊接機器人裝置的結構設計。
技術介紹
在航天、航空、船舶和石油化工等領域，大量存在各種具有雙曲線弧形的設備。在設備的生產過程中，需要將工件沿雙曲線弧軌跡焊接起來。為了獲得高質量的焊縫，工件焊接時需要同時達到如下多個目標焊接時焊槍要求始終處于平焊位置，焊槍始終豎直向下，且焊接方向與雙曲線形軌跡在該點的切線方向一致，該切線必須為水平線，焊接速度保持恒定。目前，雙曲線軌跡的焊接多采用人工焊接方式，少數也有采用6軸垂直關節型工業機器人進行焊接。前者對工人的技術水平要求高且工人的勞動強度大、焊接效率低，焊接質量 不易保證；后者設備復雜，生產和維護成本高。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種雙曲線軌跡定向切線恒速焊接機器人裝置，該裝置可方便實現對工件雙曲線軌跡焊縫的焊接，采用該裝置進行焊接時，焊槍始終處于雙曲線軌跡焊縫上在焊接點處的法線，焊接方向為雙曲線軌跡的切線方向，且該切線始終朝向預先設定某個固定方向上以保證獲得優化的焊接質量，焊接速度保持恒定，焊接質量高，效率高，裝置的制造、維修和使用成本低。本專利技術的技術方案如下本專利技術提供的一種雙曲線軌跡定向切線恒速焊接機器人裝置，其特征在于包括機械臂、Z軸轉臺、控制器、焊接電源和焊槍；所述機械臂包括依次串聯起來的X軸平移組件和Y軸平移組件；待焊工件的焊縫中心線為雙曲線軌跡；所述X軸平移組件包括第一基座、X軸電機、X軸傳動機構和第一滑塊；所述第一基座與底座固接，所述X軸電機與第一基座固接，所述X軸電機的輸出軸與X軸傳動機構的輸入端相連，所述X軸傳動機構的輸出端與第一滑塊相連，所述第一滑塊滑動鑲嵌在第一基座上；所述Y軸平移組件包括第二基座、Y軸電機、Y軸傳動機構和第二滑塊；所述第二基座與第一滑塊固接；所述Y軸電機與第二基座固接，所述Y軸電機的輸出軸與Y軸傳動機構的輸入端相連，所述Y軸傳動機構的輸出端與第二滑塊相連，所述第二滑塊滑動鑲嵌在第二基座上；所述Z軸轉臺包括第三基座、Z軸電機、Z軸傳動機構、關節軸和工件安裝臺；所述第三基座與底座固接；所述Z軸電機與第三基座固接，所述Z軸電機的輸出軸與Z軸傳動機構的輸入端相連，所述Z軸傳動機構的輸出端與關節軸相連，所述關節軸活動套設在第三基座中，所述工件安裝臺固定套接在關節軸上；所述焊槍安裝在第二滑塊上；所述控制器通過控制線路分別與X軸電機、Y軸電機和Z軸電機相連，控制X軸電機、Y軸電機和Z軸電機同時轉動；所述控制器與焊接電源相連；需要焊接的工件固定安裝在工件安裝臺上；工件上具有雙曲線軌跡的焊縫；設所述第一滑塊相對于第一基座的滑動方向為直線q ;設所述第二滑塊相對于第二基座的滑動方向為直線s ;設所述關節軸的中心線為直線u ;直線q、直線s和直線u三者兩兩垂直；設直線q與直線s構成平面Q1，設工件上焊縫中心線的雙曲線軌跡所在平面為平面Q2，平面Q1與平面Q2重合； 控制器控制X軸電機、Y軸電機和Z軸電機同時轉動；建立世界坐標系{C}，所述世界坐標系{C}的原點為關節軸的中心0。，世界坐標系{C}的橫軸X。與直線q平行，X。軸的正方向為離開雙曲線軌跡的方向，也是第一滑塊相對于第一基座滑動的正方向，世界坐標系1C}的縱軸y。與直線S平行，y。軸的正方向為離開雙曲線軌跡的方向，也是第二滑塊相對于第二基座滑動的正方向，該世界坐標系{C}與第三基座固接；·建立雙曲線坐標系{A}，所述雙曲線坐標系{A}的原點為雙曲線軌跡的中心Oa，雙曲線坐標系{A}的縱軸yA與雙曲線對稱軸重合，雙曲線坐標系{A}的橫軸xA過雙曲線坐標系{A}的原點與縱軸垂直且和雙曲線在同一平面內，所述雙曲線坐標系{A}與帶雙曲線軌跡焊縫的工件固接；點0。在雙曲線坐標系{A}中的坐標值為(dx，dy)，(dx，dy)為已知常量；設焊接速度為預設值Vw，設工件繞關節軸逆時針轉動角速度為ω ;雙曲線上任意一點坐標(XA，Ya)均滿足雙曲線在雙曲線坐標系中的軌跡方程= 其中a>0b Γ為一常數，b>0為一常數；設所述雙曲線坐標系的χΑ軸與χ。軸的夾角為θ，0< Θ <90° ;所述焊槍的中心線與^軸平行，焊槍的中心線與雙曲線軌跡的交點為焊點P ;所述焊點P在世界坐標系{C}中的坐標為(XdYc);設焊槍的末端點T在世界坐標系{C}中的坐標為(XTC, Yxc) ; β為焊點P與關節軸中心O。的連線與Xc軸所夾的銳角；所述焊槍的末端點T與焊點P的距離為預設值La;焊槍的末端點T和焊點P沿X。軸的速度相等，均為V1，相對世界坐標系{C}而言；焊槍的末端點T和焊點P沿y。軸的速度相等，均為V2，相對世界坐標系{C}而言；控制器控制工件和焊槍滿足下列關系 (a2 --6;)sin^ , , . Xc - r.......................................................................— dx cos Θ + av sm Θ, 4-a2 tm2 θ + b2‘) - —sj-a2 tan2 0-\-/r Cos^-Jv sin θ-d^ cosXtc=XcjYTC=YC+La， nYc^夕=arctaii(~^~)-. —Vw·」(M + ^X2c + sin β)2 + (N - ^X1C + Yc cos β)2，V1=M ω，V2=N ω，其中，權利要求1.一種雙曲線軌跡定向切線恒速焊接機器人裝置，其特征在于包括機械臂、Z軸轉臺(3)、控制器(4)、焊接電源(5)和焊槍(6);所述機械臂包括依次串聯起來的X軸平移組件(I)和Y軸平移組件(2);待焊工件的焊縫中心線為雙曲線軌跡； 所述X軸平移組件包括第一基座(11)、X軸電機(12)、X軸傳動機構(13)和第一滑塊(14);所述第一基座與底座(8)固接，所述X軸電機與第一基座固接，所述X軸電機的輸出軸與X軸傳動機構的輸入端相連，所述X軸傳動機構的輸出端與第一滑塊相連，所述第一滑塊滑動鑲嵌在第一基座上； 所述Y軸平移組件包括第二基座(21)、Y軸電機(22)、Y軸傳動機構(23)和第二滑塊(24);所述第二基座與第一滑塊固接；所述Y軸電機與第二基座固接，所述Y軸電機的輸出軸與Y軸傳動機構的輸入端相連，所述Y軸傳動機構的輸出端與第二滑塊相連，所述第二滑塊滑動鑲嵌在第二基座上； 所述Z軸轉臺包括第三基座(31)、Z軸電機(32 )、Z軸傳動機構(35 )、關節軸(33 )和工件安裝臺(34);所述第三基座與底座(8)固接；所述Z軸電機與第三基座固接，所述Z軸電機的輸出軸與Z軸傳動機構的輸入端相連，所述Z軸傳動機構的輸出端與關節軸相連，所述關節軸活動套設在第三基座中，所述工件安裝臺固定套接在關節軸上； 所述焊槍固定安裝在第二滑塊上；所述控制器通過控制線路分別與X軸電機、Y軸電機和Z軸電機相連，控制X軸電機、Y軸電機和Z軸電機同時轉動；所述控制器與焊接電源相連；需要焊接的工件固定安裝在工件安裝臺上；工件上具有雙曲線軌跡的焊縫；設所述第一滑塊相對于第一基座的滑動方向為直線q ;設所述第二滑塊相對于第二基座的滑動方向為直線s ;設所述關節軸的中心線本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙曲線軌跡定向切線恒速焊接機器人裝置，其特征在于：包括機械臂、Z軸轉臺（3）、控制器（4）、焊接電源（5）和焊槍（6）；所述機械臂包括依次串聯起來的X軸平移組件（1）和Y軸平移組件（2）；待焊工件的焊縫中心線為雙曲線軌跡；所述X軸平移組件包括第一基座（11）、X軸電機（12）、X軸傳動機構（13）和第一滑塊（14）；所述第一基座與底座（8）固接，所述X軸電機與第一基座固接，所述X軸電機的輸出軸與X軸傳動機構的輸入端相連，所述X軸傳動機構的輸出端與第一滑塊相連，所述第一滑塊滑動鑲嵌在第一基座上；所述Y軸平移組件包括第二基座（21）、Y軸電機（22）、Y軸傳動機構（23）和第二滑塊（24）；所述第二基座與第一滑塊固接；所述Y軸電機與第二基座固接，所述Y軸電機的輸出軸與Y軸傳動機構的輸入端相連，所述Y軸傳動機構的輸出端與第二滑塊相連，所述第二滑塊滑動鑲嵌在第二基座上；所述Z軸轉臺包括第三基座（31）、Z軸電機（32）、Z軸傳動機構（35）、關節軸（33）和工件安裝臺（34）；所述第三基座與底座（8）固接；所述Z軸電機與第三基座固接，所述Z軸電機的輸出軸與Z軸傳動機構的輸入端相連，所述Z軸傳動機構的輸出端與關節軸相連，所述關節軸活動套設在第三基座中，所述工件安裝臺固定套接在關節軸上；所述焊槍固定安裝在第二滑塊上；所述控制器通過控制線路分別與X軸電機、Y軸電機和Z軸電機相連，控制X軸電機、Y軸電機和Z軸電機同時轉動；所述控制器與焊接電源相連；需要焊接的工件固定安裝在工件安裝臺上；工件上具有雙曲線軌跡的焊縫；設所述第一滑塊相對于第一基座的滑動方向為直線q；設所述第二滑塊相對于第二基座的滑動方向為直線s；設所述關節軸的中心線為直線u；直線q、直線s和直線u三者兩兩垂直；設直線q與直線s構成平面Q1，設工件上焊縫中心線的雙曲線軌跡所在平面為平面Q2，平面Q1與平面Q2重合；建立世界坐標系{C}，所述世界坐標系{C}的原點為關節軸的中心OC，世界坐標系{C}的橫軸xC與直線q平行，xC軸的正方向為離開雙曲線軌跡的方向，也是第一滑塊相對于第一基座滑動的正方向，世界坐標系{C}的縱軸yC與直線s平行，yC軸的正方向為離開雙曲線軌跡的方向，也是第二滑塊相對于第二基座滑動的正方向，該世界坐標系{C}與第三基座固接；建立雙曲線坐標系{A}，所述雙曲線坐標系{A}的原點為雙曲線軌跡的中心OA，雙曲線坐標系{A}的縱軸yA與雙曲線對稱軸重合，雙曲線坐標系{A}的橫軸xA過雙曲線坐標系{A}的原點與縱軸垂直且和雙曲線在同一平面內，所述雙曲線坐標系{A}與帶雙曲線軌跡焊縫的工件固接；點OC在雙曲線坐標系{A}中的坐標值為(dx,dy)，(dx,dy)為已知常量；設焊接速度為預設值vw，設工件繞關節軸逆時針轉動角速度為ω；拋物線上任意一點坐標(XA，YA)均滿足拋物線在拋物線坐標系中的軌跡方程為p>0為一常數；雙曲 線上任意一點坐標(XA，YA)均滿足雙曲線在雙曲線坐標系中的軌跡方程YA0為一常數，b>0為一常數；設所述雙曲線坐標系的xA軸與xC軸的夾角為θ，0≤θ≤90；所述焊槍的中心線與yC軸平行，焊槍的中心線與雙曲線軌跡的交點為焊點P；所述焊點P在世界坐標系{C}中的坐標為(XC,YC)；設焊槍的末端點T在世界坐標系{C}中的坐標為(XTC,YTC)；β為焊點P與關節軸中心OC的連線與xC軸所夾的銳角；所述焊槍的末端點T與焊點P的距離為預設值La；焊槍的末端點T和焊點P沿xC軸的速度相等，均為v1，相對世界坐標系{C}而言；焊槍的末端點T和焊點P沿yC軸的速度相等，均為v2，相對世界坐標系{C}而言；控制器通過控制工件和焊槍滿足下列關系：XC=(a2-b2)sinθ-a2tan2θ+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)sinθ-a2tan2θ+b2...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：都東，潘際鑾，王力，張文增，孫振國，劉洪冰，邵家鑫，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：