CN102764929B - 椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置

技术领域

本发明属于焊接机器人技术领域，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。

背景技术

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，需要将工件沿椭圆弧轨迹焊接起来。为了获得高质量的焊缝，工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工焊接方式，少数也有采用6轴垂直关节型工业机器人进行焊接。前者对工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。

发明内容

本发明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工件椭圆轨迹焊缝的焊接，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。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：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、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、关节轴和工件安装台；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，所述工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；待焊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；

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O_C，世界坐标系(C)的横轴x_C与直线q平行，x_C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y_C与直线s平行，y_C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)设置在第三基座上；

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O_A，椭圆坐标系(A)的横轴x_A与椭圆长轴重合，椭圆坐标系(A)的纵轴y_A与椭圆短轴重合，所述椭圆坐标系(A)设置在带椭圆轨迹焊缝的工件上；

点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(d_x,d_y)，(d_x,d_y)为已知常量；

设焊接速度为预设值v_w，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x_C轴的夹角为θ，0≤θ≤90°；所述焊枪的中心线与y_C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(X_C,Y_C)；设焊枪的末端点T在世界坐标系(C)中的坐标为(X_TC,Y_TC)；所述焊枪的末端点T与焊点P的距离为预设值L_a；焊枪的末端点T和焊点P沿x_C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_C轴的速度相等，均为v₂，相对世界坐标系(C)而言；

控制器控制工件和焊枪满足下列关系：

$X_C=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

$Y_C=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ},$

X_TC＝X_C,

Y_TC＝Y_C+L_a,

$\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{Y_C}{X_C}\right),$

$\mathrm{\ω}=\frac{v_w}{\sqrt{{(M+\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\β})}^2+{(N-\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\β})}^2}},$

v₁＝Mω,

v₂＝Nω,

其中，

$M=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\θ}+d_y\cos \mathrm{\θ},$

$N=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

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，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。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述X轴传动机构采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述Y轴传动机构采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述Z轴传动机构为减速机。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：还包括送丝机，控制器与送丝机相连，送丝机与焊枪相连。

本发明提供的另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、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、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、第二滑块和平面压板；所述第二基座与第一滑块固接；所述第二滑块滑动镶嵌在第二基座上；所述平面压板与第二滑块固接；所述平面压板与工件相接触，平面压板的下表面与椭圆轨迹相切；所述平面压板的下表面为水平面；

所述Z轴转台包括第三基座、Z轴电机、Z轴传动机构、关节轴和工件安装台；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，所述工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；待焊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；

控制器控制X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O_C，世界坐标系(C)的横轴x_C与直线q平行，x_C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y_C与直线s平行，y_C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)设置在第三基座上；

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O_A，椭圆坐标系(A)的横轴x_A与椭圆长轴重合，椭圆坐标系(A)的纵轴y_A与椭圆短轴重合，所述椭圆坐标系(A)设置在带椭圆轨迹焊缝的工件上；

点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(d_x,d_y)，(d_x,d_y)为已知常量；

设焊接速度为预设值v_w，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x_C轴的夹角为θ，0≤θ≤90°；所述焊枪的中心线与y_C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(X_C,Y_C)；设焊枪的末端点T在世界坐标系(C)中的坐标为(X_TC,Y_TC)；所述焊枪的末端点T与焊点P的距离为预设值L_a；焊枪的末端点T和焊点P沿x_C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_C轴的速度相等，均为v₂，相对世界坐标系(C)而言；

控制器控制工件和焊枪满足下列关系：

$X_C=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

$Y_C=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ},$

X_TC＝X_C,

Y_TC＝Y_C+L_a,

$\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{Y_C}{X_C}\right),$

$\mathrm{\ω}=\frac{v_w}{\sqrt{{(M+\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\β})}^2+{(N-\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\β})}^2}},$

v₁＝Mω,

v₂＝Nω,

其中，

$M=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\θ}+d_y\cos \mathrm{\θ},$

$N=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

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，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。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述X轴传动机构采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述Z轴传动机构为减速机。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：还包括送丝机，控制器与送丝机相连，送丝机与焊枪相连。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：还包括簧件，所述簧件的两端分别连接第二滑块和第二基座，所述簧件采用拉簧、压簧、扭簧或片簧。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

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，因此可以达到优化的高质量焊接效果；所设定的方向可以是任意方向，例如：当椭圆轨迹处于竖直的立面上时，将焊枪保持在竖直方向上，且焊接方向始终保持在水平方向上，从而获得平焊位置的高质量焊接效果；例如：当椭圆轨迹处于水平面上时，将焊枪和焊接方向均同时始终保持在水平方向上，从而获得横焊位置的高质量焊接效果。

附图说明

图1是本发明的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置的一种实施例的立体视图。

图2是图1所示实施例的正面外观图。

图3是图1所示实施例的侧视图。

图4是图1所示实施例中控制器、焊接电源、焊枪、X轴电机、Y轴电机和Z轴电机的连接关系示意图。

图5是本发明的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置的另一种实施例的立体视图。

图6是图5所示实施例的正面外观图。

图7是图5所示实施例的侧视图。

图8是图5所示实施例中控制器、焊接电源、焊枪、X轴电机和Z轴电机的连接关系示意图。

图9是本发明的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置的两种实施例的坐标系建立情况、各参量几何关系的原理示意图。

图10是具体计算例子中坐标系建立情况示意图，在该例中，世界坐标系的原点刚好在椭圆坐标系的纵轴的正半轴上。

图11是微动分析原理示意图，图中，实线为当前位置，虚线为关节轴转动一个dθ角度后的位置。P₁为当前焊点，也是当前椭圆轨迹上的最高点，焊枪的中心线位于该点处椭圆轨迹的法线方向，P₁′为工件上的当前焊点在关节轴转动一个dθ角度后的位置，P₂为关节轴转动一个dθ角度后的下一个焊点，该新焊点也是椭圆轨迹在下一个位置时的最高点，那一时刻焊枪的中心线依旧位于新焊点处椭圆轨迹的法线方向。

图12、图13、图14、图15分别是通过本发明所述公式和所给逐点计算程序方法计算的一个例子的θ、ω、X_C、Y_C、v₁、v₂分别与时间t的关系曲线。

在图1至图15中：

1－X轴平移组件，  11－第一基座，    12－X轴电机，

13－X轴传动机构， 14－第一滑块，

2－Y轴平移组件，  21－第二基座，    22－Y轴电机，

23－Y轴传动机构， 24－第二滑块，

3－Z轴转台，      31－第三基座，    32－Z轴电机，

33－关节轴，      34－工件安装台，  35－Z轴传动机构，

4－控制器，       5－焊接电源，     6－焊枪，

61－焊枪中心线，  70－工件，        71－椭圆轨迹焊缝，

8－平面压板，     81－弹簧，        9－送丝机，

q－第一滑块相对于第一基座的滑动方向的直线；

s－第二滑块相对于第二基座的滑动方向的直线；

u－关节轴的中心线的直线；

(C)－世界坐标系，该世界坐标系的原点O_C为关节轴的中心，横轴x_C为水平向右，纵轴y_C为竖直向上，该世界坐标系设置在第三基座上；

(A)－椭圆坐标系，该椭圆坐标系的原点O_A为椭圆轨迹的中心，横轴x_A为椭圆长轴所在方向，纵轴y_A为椭圆短轴所在方向，该椭圆坐标系与带椭圆轨迹的工件固接；

v_w－焊接速度，为预设值，是焊枪相对于工件的相对速度；

a－椭圆轨迹的长轴的一半，a为已知常量；

b－椭圆轨迹的短轴的一半，b为已知常量；

(^Ad_x,^Ad_y)－椭圆轨迹的中心与关节轴的中心的距离，d为已知常量；

θ－椭圆轨迹的长轴与x_C轴所夹的锐角，也是带椭圆轨迹焊缝的工件随工件安装台、关节轴绕着关节轴的中心线转动的角度(当角度为0时，椭圆轨迹的长轴与x_C轴平行)；

P－当前焊点，或称为当前切点，是焊枪的中心线与工件上椭圆轨迹焊缝的交点，也是椭圆轨迹在当前转动位置下的最大Y_C值点；

T－焊枪的末端点，

L_a－焊枪的末端点T与焊点P的距离(近似于弧长，将影响弧长)，L_a为预设值；

(X_C,Y_C)－焊点P在世界坐标系(C)中的坐标值；

(X_TC,Y_TC)－焊枪的末端点T在世界坐标系(C)中的坐标值；

β－焊点P与关节轴中心O_C的连线与x_C轴所夹的锐角，在图7中，β＝∠PO_Cx_C；

v₁－焊枪的末端点T和切点P沿x_C轴正方向的运动速度，相对于世界坐标系(C)而言；

v₂－焊枪的末端点T和切点P沿y_C轴正方向的运动速度，相对于世界坐标系(C)而言；

ω－带椭圆轨迹焊缝的工件绕关节轴的中心O_C逆时针转动的角速度，相对于世界坐标系(C)而言；

v₃－工件在焊点P处的线速度，相对于世界坐标系(C)而言；

v_x、v_y－工件在焊点P处的线速度v₃分别沿x_C轴和y_C分解的速度，相对于世界坐标系(C)而言；

M、N－为了简便公式书写，采用的中间变量。

具体实施方式

下面结合附图及多个实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。

本发明提供的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置的一种实施例，如图1、图2、图3和图4所示，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70的焊缝中心线为椭圆轨迹71；

所述X轴平移组件1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12与第一基座11固接，所述X轴电机12的输出轴与X轴传动机构13的输入端相连，所述X轴传动机构13的输出端与第一滑块14相连，所述第一滑块14滑动镶嵌在第一基座11上；

所述Y轴平移组件2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21与第一滑块24固接；所述Y轴电机22与第二基座21固接，所述Y轴电机22的输出轴与Y轴传动机构23的输入端相连，所述Y轴传动机构23的输出端与第二滑块24相连，所述第二滑块24滑动镶嵌在第二基座21上；

所述Z轴转台3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31与第一基座11固接；所述Z轴电机32与第三基座31固接，所述Z轴电机32的输出轴与Z轴传动机构35的输入端相连，所述Z轴传动机构35的输出端与关节轴33相连，所述关节轴33活动套设在第三基座31中，所述工件安装台34固定套接在关节轴33上；

所述焊枪6固定安装在第二滑块24上，焊枪6与焊接电源5相连；所述X轴电机12、Y轴电机22和Z轴电机32分别与控制器4相连；所述控制器4与焊接电源5相连；待焊工件70固定安装在工件安装台34上；工件上具有椭圆轨迹的焊缝71；

设所述第一滑块14相对于第一基座11的滑动方向为直线q；设所述第二滑块24相对于第二基座21的滑动方向为直线s；设所述关节轴33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70上焊缝中心线的椭圆轨迹71所在平面为平面Q₂，平面Q₁与平面Q₂重合；

控制器4控制X轴电机12、Y轴电机22和Z轴电机32同时转动；

如图7所示，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_C，世界坐标系(C)的横轴x_C与直线q平行，x_C轴的正方向为离开椭圆轨迹71的方向，也是第一滑块14相对于第一基座11滑动的正方向，世界坐标系(C)的纵轴y_C与直线s平行，y_C轴的正方向为离开椭圆轨迹71的方向，也是第二滑块24相对于第二基座21滑动的正方向，该世界坐标系(C)设置在第三基座上；

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O_A，椭圆坐标系(A)的横轴x_A与椭圆长轴重合，椭圆坐标系(A)的纵轴y_A与椭圆短轴重合，所述椭圆坐标系(A)设置在带椭圆轨迹焊缝的工件上；

点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(d_x,d_y)，(d_x,d_y)为已知常量；一种特例是：所述椭圆坐标系(A)的纵轴y_A经过所述关节轴的中心O_C，则点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(0,d_y)；图10所示为当点O_C在椭圆坐标系(A)中的纵轴y_A的正半轴上的情况；

设焊接速度为预设值v_w，设工件70绕关节轴33逆时针转动角速度为ω；设a为所述椭圆轨迹71的长轴的一半，b为所述椭圆轨迹71的短轴的一半；设所述椭圆轨迹71的长轴与x_C轴的夹角为θ，0≤θ≤90°；所述焊枪6的中心线与y_C轴平行，焊枪6的中心线与椭圆轨迹71的交点为焊点P；所述焊点P在世界坐标系(C)中的坐标为(X_C,Y_C)；设焊枪6的末端点T在世界坐标系(C)中的坐标为(X_TC,Y_TC)；所述焊枪6的末端点T与焊点P的距离为预设值L_a；焊枪6的末端点T和焊点P沿x_C轴的速度相等，均为v₁，相对世界坐标系(C)而言；焊枪6的末端点T和焊点P沿y_C轴的速度相等，均为v₂，相对世界坐标系(C)而言；

控制器4控制工件70和焊枪6满足下列关系：

$X_C=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

$Y_C=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ},$

X_TC＝X_C,

Y_TC＝Y_C+L_a,

$\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{Y_C}{X_C}\right),$

$\mathrm{\ω}=\frac{v_w}{\sqrt{{(M+\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\β})}^2+{(N-\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\β})}^2}},$

v₁＝Mω,

v₂＝Nω,

其中，

$M=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\θ}+d_y\cos \mathrm{\θ},$

$N=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

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，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。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述X轴传动机构13采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

图1所示实施例中，所述X轴传动机构13采用丝杠螺母传动机构。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述Y轴传动机构23采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

图1所示实施例中，所述Y轴传动机构23采用丝杠螺母传动机构。

图1所示实施例中，所述Z轴传动机构35为减速机。

图1所示实施例还包括送丝机9，控制器与送丝机相连，送丝机与焊枪相连。

本发明提供的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置的另一种实施例，如图5、图6、图7、图8所示，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70的焊缝中心线为椭圆轨迹71；

所述X轴平移组件1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12与第一基座11固接，所述X轴电机12的输出轴与X轴传动机构13的输入端相连，所述X轴传动机构13的输出端与第一滑块14相连，所述第一滑块14滑动镶嵌在第一基座11上；

所述Y轴平移组件2包括第二基座21、第二滑块24和平面压板8；所述第二基座21与第一滑块24固接；所述第二滑块24滑动镶嵌在第二基座21上；所述平面压板8与第二滑块24固接；所述平面压板8与工件70上方相接触，平面压板8的下表面与椭圆轨迹71相切；所述平面压板8的下表面为水平面；

所述Z轴转台3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31与第一基座11固接；所述Z轴电机32与第三基座31固接，所述Z轴电机32的输出轴与Z轴传动机构35的输入端相连，所述Z轴传动机构35的输出端与关节轴33相连，所述关节轴33活动套设在第三基座31中，所述工件安装台34固定套接在关节轴33上；

所述焊枪6固定安装在第二滑块24上，焊枪6与焊接电源5相连；所述X轴电机12和Z轴电机32分别与控制器4相连；所述控制器4与焊接电源5相连；待焊工件70固定安装在工件安装台34上；工件上具有椭圆轨迹的焊缝71；

设所述第一滑块14相对于第一基座11的滑动方向为直线q；设所述第二滑块24相对于第二基座21的滑动方向为直线s；设所述关节轴33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70上焊缝中心线的椭圆轨迹71所在平面为平面Q₂，平面Q₁与平面Q₂重合；

控制器4控制X轴电机12和Z轴电机32同时转动；

如图7所示，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_C，世界坐标系(C)的横轴x_C与直线q平行，x_C轴的正方向为离开椭圆轨迹71的方向，也是第一滑块14相对于第一基座11滑动的正方向，世界坐标系(C)的纵轴y_C与直线s平行，y_C轴的正方向为离开椭圆轨迹71的方向，也是第二滑块24相对于第二基座21滑动的正方向，该世界坐标系(C)设置在第三基座上；

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O_A，椭圆坐标系(A)的横轴x_A与椭圆长轴重合，椭圆坐标系(A)的纵轴y_A与椭圆短轴重合，所述椭圆坐标系(A)设置在带椭圆轨迹焊缝的工件上；

点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(d_x,d_y)，(d_x,d_y)为已知常量；一种特例是：所述椭圆坐标系(A)的纵轴y_A经过所述关节轴的中心O_C，则点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(0,d_y)；图10所示为当点O_C在椭圆坐标系(A)中的纵轴y_A的正半轴上的情况；

设焊接速度为预设值v_w，设工件70绕关节轴33逆时针转动角速度为ω；设a为所述椭圆轨迹71的长轴的一半，b为所述椭圆轨迹71的短轴的一半，d为所述椭圆轨迹71的中心O_A与关节轴中心O_C的距离；设所述椭圆轨迹71的长轴与x_C轴的夹角为θ，0≤θ≤90°；所述焊枪6的中心线与y_C轴平行，焊枪6的中心线与椭圆轨迹71的交点为焊点P；所述焊点P在世界坐标系(C)中的坐标为(X_C,Y_C)；设焊枪6的末端点T在世界坐标系(C)中的坐标为(X_TC,Y_TC)；所述焊枪6的末端点T与焊点P的距离为预设值L_a；焊枪6的末端点T和焊点P沿x_C轴的速度相等，均为v₁，相对世界坐标系(C)而言；焊枪6的末端点T和焊点P沿y_C轴的速度相等，均为v₂，相对世界坐标系(C)而言；

控制器4控制工件70和焊枪6满足下列关系：

$X_C=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

$Y_C=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ},$

X_TC＝X_C,

Y_TC＝Y_C+L_a,

$\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{Y_C}{X_C}\right),$

$\mathrm{\ω}=\frac{v_w}{\sqrt{{(M+\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\β})}^2+{(N-\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\β})}^2}},$

v₁＝Mω,

v₂＝Nω,

其中，

$M=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\θ}+d_y\cos \mathrm{\θ},$

$N=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},$

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，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。

本发明所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述X轴传动机构13采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

图5所示的第二种实施例中，所述X轴传动机构13采用丝杠螺母传动机构。

图5所示的第二种实施例中，所述Z轴传动机构35为减速机。

图5所示的第二种实施例还包括送丝机9，控制器与送丝机相连，送丝机与焊枪相连。

图5所示的第二种实施例还包括簧件81，所述簧件的两端分别连接第二滑块和第二基座；所述簧件可以采用拉簧、压簧、扭簧或片簧。本实施例中采用压簧。该簧件使得与第二滑块固接的平面压板紧靠工件的上表面椭圆轨迹。

结合图1所示第一种实施例说明其工作原理：

最初，工件70的椭圆轨迹的长轴与水平方向重合。工作时，X轴电机12、Y轴电机22和Z轴电机32同时转动：X轴电机12转动，通过X轴传动机构13带动第一滑块在水平方向平移；Y轴电机22转动，通过Y轴传动机构23带动第二滑块在竖直方向平移；Z轴电机32转动，通过Z轴传动机构35带动关节轴33转动，带动工件安装台34转动，工件70绕着关节轴33的中心线转动，椭圆轨迹焊缝71绕着关节轴33的中心线转动。由于各参量满足一定的函数关系，因此可以保证焊点的位置始终保持在椭圆轨迹的最高点，此外，焊枪始终位于平焊位置，即焊枪的中心线始终为椭圆轨迹在该点的法线方向。从而获得良好的焊接质量。

结合图5所示的第二种实施例说明其工作原理：

最初，工件70的椭圆轨迹的长轴与水平方向重合。工作时，X轴电机12和Z轴电机32同时转动：X轴电机12转动，通过X轴传动机构13带动第一滑块在水平方向平移；Z轴电机32转动，通过Z轴传动机构35带动关节轴33转动，带动工件安装台34转动，待焊工件70绕着关节轴33的中心线转动，椭圆轨迹焊缝71绕着关节轴33的中心线转动。由于平面压板始终压在工件的椭圆轨迹上方且平面压板的下表面为水平面，因此无论椭圆如何转动，平面压板始终与椭圆轨迹相切于最高点，因此椭圆轨迹在逆时针转动过程中，工件会抬起平面压板，从而抬起在第二基座上自由滑动的第二滑块，焊枪被抬起，同时由于各参量满足一定的函数关系，焊枪会水平移动到最高点的水平位置，因此焊枪的末端点与焊点的弧长得以保证，且当前焊点就是椭圆轨迹的最高点。因此可以保证焊点的位置始终保持在椭圆轨迹的最高点，此外，焊枪始终位于平焊位置，即焊枪的中心线始终为椭圆轨迹在该点的法线方向。从而获得良好的焊接质量。

公式推导过程结合图7介绍如下。

(1)目标要求：

工件上椭圆轨迹的弧段为焊接弧段，当前焊点为P，P位于上，夹角φ＝∠PO_AG∈[0°,90°]。要求当前焊点P始终在椭圆的最高点水平切线处，焊接速度恒定为预设值v_w，焊接速度方向为椭圆在该点的水平切线方向。

(2)求解(X_A,Y_A)：

当椭圆轨迹焊缝的工件随关节轴旋转到某一个角度θ时，焊点P在椭圆坐标系(A)中的坐标为(X_A,Y_A)。在(A)坐标系中椭圆方程为：

$\frac{{X_A}^2}{a^2}+\frac{{Y_A}^2}{b^2}=1.---\left(1\right)$

由椭圆坐标系(A)与世界坐标系(C)的平移和旋转关系得到：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_A=X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x,\\ Y_A=-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y.\end{array}\right.---\left(2\right)$

将(2)式代入(1)式得：

$\frac{{(X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x)}^2}{a^2}+\frac{{(-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y)}^2}{b^2}=1.---\left(3\right)$

对(3)式两边对X_C微分(此时θ为常量，X_C和Y_C是变量)，得：

$\begin{array}{c}\frac{2}{a^2}(X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x)(\cos \mathrm{\θ}+\frac{{\mathrm{dY}}_C}{d{X}_C}\sin \mathrm{\θ})+\\ \frac{2}{b^2}(-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y)(-\sin \mathrm{\θ}+\frac{{\mathrm{dY}}_C}{d{X}_C}\cos \mathrm{\θ})=0.\end{array}---\left(4\right)$

整理(4)式得

$\frac{d{Y}_C}{d{X}_C}=\frac{-b^2(X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x)\cos \mathrm{\θ}+a^2(-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y)\sin \mathrm{\θ}}{b^2(X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x)\sin \mathrm{\θ}+a^2(-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y)\cos \mathrm{\θ}}.---\left(5\right)$

由于焊接点与椭圆相切在椭圆的最高点(保证平焊位置)，所以：

$\frac{d{Y}_C}{d{X}_C}=0.---\left(6\right)$

将(6)式代入(5)式，得

$\frac{-b^2(X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x)\cos \mathrm{\θ}+a^2(-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y)\sin \mathrm{\θ}}{b^2(X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x)\sin \mathrm{\θ}+a^2(-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y)\cos \mathrm{\θ}}.---\left(7\right)$

由(7)式知，(7)式中等号左边部分的分子项为零，即：

-b²(X_Ccosθ+Y_Csinθ+d_x)cosθ+a²(-X_Csinθ+Y_Ccosθ+d_y)sinθ＝0.       (8)

将(2)式代入(8)式得：

-b²X_Acosθ+a²Y_Asinθ＝0.       (9)联立(1)式和(9)式得关于X_A、Y_A两个未知数的二元方程组：

$\left\{\begin{array}{cc}\frac{{X_A}^2}{a^2}+\frac{{Y_A}^2}{b^2}=1,& \left(10a\right)\\ -b^2{X}_A\cos \mathrm{\θ}+a^2{Y}_A\sin \mathrm{\θ}=0.& \left(10b\right)\end{array}\right.$

由(10b)式得

$X_A=\frac{a^2\sin \mathrm{\θ}}{b^2\cos \mathrm{\θ}}{Y}_A.---\left(11\right)$

将(11)式代入(10a)式得

$\frac{{\left(\frac{a^2\sin \mathrm{\θ}}{b^2\cos \mathrm{\θ}}{Y}_A\right)}^2}{a^2}+\frac{{Y_A}^2}{b^2}=1.---\left(12\right)$

因为Y_A≥0，由(12)式得

$Y_A=\frac{b^2}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}.---\left(13\right)$

将(13)式代入(11)式得

$Y_A=\frac{a^2\tan \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}.---\left(14\right)$

将(13)式和(14)式写到一起为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_A=\frac{a^2\tan \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}},\\ Y_A=\frac{b^2}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}.\end{array}\right.---\left(15\right)$

(3)求解(X_C,Y_C)和(X_TC,Y_TC)：

当带椭圆焊缝的工件随关节轴旋转到某一个角度θ时，水平切点(当前焊点)P在世界坐标系(C)中的坐标为(X_C,Y_C)。由(公式2)有：

$\left\{\begin{array}{cc}{X}_A=X_C\cos \mathrm{\θ}+Y_C\sin \mathrm{\θ}+d_x,& \left(16a\right)\\ Y_A=-X_C\sin \mathrm{\θ}+Y_C\cos \mathrm{\θ}+d_y.& \left(16b\right)\end{array}\right.$

将(16a)式×sinθ+(16b)式×cosθ，得

Y_C＝X_Asinθ+Y_Acosθ-d_xsinθ-d_ycosθ.       (17)将(17)式代入(16a)式得

X_A＝X_Ccosθ+(X_Asinθ+Y_Acosθ-d_xsinθ-d_ycosθ)sinθ+d_x

考虑到sin²θ+cos²θ＝1，整理上式得

X_C＝X_Acosθ-Y_Asinθ-d_xcosθ+d_ysinθ       (18)

将(17)式和(18)式写到一起，为：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_C=X_A\cos \mathrm{\θ}-Y_A\sin \mathrm{\θ}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},\\ Y_C=X_A\sin \mathrm{\θ}+Y_A\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ}.\end{array}\right.---\left(19\right)$

将(15)式代入(19)式得

$\left\{\begin{array}{c}{X}_C=\left(\frac{a^2\tan \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}\right)\cos \mathrm{\θ}-\left(\frac{b^2}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}\right)\sin \mathrm{\θ}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},\\ Y_C=\left(\frac{a^2\tan \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}\right)\sin \mathrm{\θ}+\left(\frac{b^2}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}\right)\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ}.\end{array}\right.$

即

$\left\{\begin{array}{c}{X}_C=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ},\\ Y_C=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ}.\end{array}\right.---\left(20\right)$

由焊枪与焊点的关系可得

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{TC}}=X_C,\\ Y_{\mathrm{TC}}=Y_C+L_a.\end{array}\right.---\left(21\right)$

(4)求解β：

由图可知：

$\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{Y_C}{X_C}\right).---\left(22\right)$

(5)求解速度v₁、v₂、ω：

焊接速度是焊枪相对于椭圆轨迹焊缝的相对速度，在世界坐标系下可以分解为沿横轴和纵轴方向的两个分速度。水平切点在世界坐标系下的速度就是需要求解的为

$v_w=\sqrt{{(v_1-v_x)}^2+{(v_2-v_y)}^2}.$

或写为：

$v_w^2={(v_1-v_x)}^2+{(v_2-v_y)}^2.---\left(23\right)$

其中，焊接速度v_w为预设值，是已知常量。

注意：(23)式中的速度均为代数量，即当速度方向与世界坐标系(C)中x_C轴或y_C轴相同时为正数，相反时为负数。

(5.1)关于速度v₁

由于不论工件转动到何处，要求那一时刻的当前焊点始终与切点重合，即要求焊枪的中心线始终经过那时刻的当前焊点(即切点)，从而获得高质量的焊接效果，因此焊枪的末端点T的x_C轴向速度v₁必须等于切点P的x_C轴向速度，即有：

$v_1=\frac{d{X}_C}{\mathrm{dt}},---\left(24\right)$

将(20)式代入(24)式中，得

$v_1=\frac{d[\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ}]}{\mathrm{dt}},$

$v_1=[(a^2-b^2)\frac{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}(\cos \mathrm{\θ}-\sec \mathrm{\θ})+b^2\cos \mathrm{\θ}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\θ}+d_y\cos \mathrm{\θ}]\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}},$

或写为：

$v_1=[\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\θ}+d_y\cos \mathrm{\θ}]\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}},---\left(25\right)$

为了简便，令

$M=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\θ})\cos \mathrm{\θ}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\θ}+d_y\cos \mathrm{\θ}.---\left(26\right)$

又因为，

$\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}},---\left(27\right)$

将(26)式和(27)式代入(25)式，得

v₁＝Mω.          (28)

(5.2)关于速度v₂

此外，由于不论工件转动到何处，要求焊枪的末端点与切点的距离始终要保持恒定，以确保焊接的电弧长度能够恒定，从而获得高质量的焊接效果。因此焊枪的末端点T的y_C轴向速度v₂必须等于切点P的y_C轴向速度，即有：

$v_2=\frac{d{Y}_C}{\mathrm{dt}},---\left(29\right)$

将(20)式代入(29)式中，得

$v_2=\frac{d[\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}\cos \mathrm{\θ}-d_x\sin \mathrm{\θ}-d_y\cos \mathrm{\θ}]}{\mathrm{dt}},$

$v_2=[-\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}\sin \mathrm{\θ}+\frac{a^2\tan \mathrm{\θ}\sec \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ}]\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}.$

化简得

$v_2=[\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ}]\frac{\mathrm{d\θ}}{\mathrm{dt}}.---\left(30\right)$

为了简便，令

$N=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\θ}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\θ}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\θ}+d_y\sin \mathrm{\θ}.---\left(31\right)$

将(27)式和(31)式代入(30)式，得

v₂＝Nω.            (32)

(5.3)关于工件在焊点处的速度v_x和v_y：

由于工件在当前焊点处的速度由关节轴的转动提供，故有：

$v_x=v_3\sin \mathrm{\β}=-\mathrm{\ω}\left|{\mathrm{PO}}_C\right|\sin \mathrm{\β}=-\mathrm{\ω}\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\β}.---\left(33\right)$

$v_y=v_3\cos \mathrm{\β}=\mathrm{\ω}\left|{\mathrm{PO}}_C\right|\cos \mathrm{\β}=\mathrm{\ω}\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\β}.---\left(34\right)$

(5.4)关于关节轴的角速度ω：

将(28)式、(32)式、(33)式和(34)式代入(23)式中，得

$v_w^2={(\mathrm{M\ω}+\mathrm{\ω}\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\β})}^2+{(\mathrm{N\ω}-\mathrm{\ω}\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\β})}^2.$

整理得

$\mathrm{\ω}=\frac{v_w}{\sqrt{{(M+\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\β})}^2+{(N-\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\β})}^2}}.---\left(35\right)$

或写为：

$\mathrm{\ω}=\frac{v_w}{\sqrt{M^2+N^2+(X_C^2+Y_C^2)+2\sqrt{X_C^2+Y_C^2}(M\sin \mathrm{\β}-N\cos \mathrm{\β})}}---\left(36\right)$

在求解出ω之后，代入到(28)、(32)即可求出速度v₁、v₂。

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，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。

(6)基于上述公式，利用逐点计算方法计算不同时刻的各参量值：

定义如下向量：

n为正整数，代表控制的点数；Δt为时间步长，即两相邻点之间的时间间隔；

n维向量为不同的时刻，且t(1)＝0，t(i)＝(i-1)·Δt，其中，i＝1,2,...,n；

n维向量为椭圆轨迹的长轴与x_C轴所夹的锐角θ序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为椭圆轨迹的长轴与x_C轴所夹的锐角差Δθ序列，且Δθ(1)＝0，Δθ(j+1)＝θ(j+1)-θ(j)，其中，j＝1,2,...,n-1；

n维向量为焊点P在世界坐标系(C)中的x_C轴坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为焊点P在世界坐标系(C)中的y_C轴坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为焊枪的末端点T在世界坐标系(C)中的x_C轴坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为焊枪的末端点T在世界坐标系(C)中的y_C轴坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为焊点P与关节轴中心O_C的连线与x_C轴所夹的锐角序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为中间变量M序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为中间变量N序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为椭圆轨迹焊缝绕关节轴中心O_C逆时针转动的角速度ω序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为工件在焊点P处的线速度v₃在世界坐标系(C)中沿x_C轴正方向分解速度v_x坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为工件在焊点P处的线速度v₃在世界坐标系(C)中沿y_C轴正方向分解速度v_y坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为焊枪和焊点在世界坐标系(C)中沿x_C轴正方向线速度v₁坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)；

n维向量为焊枪和焊点在世界坐标系(C)中沿y_C轴正方向线速度v₂坐标值序列，分别对应不同时刻t(1),t(2),...,t(n)。

采用如下步骤进行计算：

(a)给定a、b、d、v_w、L_a；给定初始角度θ_min∈[0,90°)，给定终止角度θ_max∈(0,90°]，且θ_max>θ_min；给定时间步长Δt；继续执行下一步；

(b)i＝1；t(1)＝0；θ(1)＝θ_min；Δθ(1)＝0；继续执行下一步；

(c)如果i≥2，t(i)＝t(i-1)+Δt，θ(i)＝θ(i-1)+Δθ(i)，继续执行下一步；如果i<2，直接执行下一步；

(d)依次按下列公式计算各参量并赋值给各向量的元素：

$X_C\left(i\right)=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}\left(i\right)+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)+d_y\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right),$

$Y_C\left(i\right)=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}\left(i\right)+b^2}\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)-d_x\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)-d_y\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right),$

X_TC(i)＝X_C(i),

Y_TC(i)＝Y_C(i)+L_a,

$\mathrm{\&beta;}\left(i\right)=\arctan \left(\frac{Y_C\left(i\right)}{X_C\left(i\right)}\right),$

$M\left(i\right)=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\&theta;}\left(i\right))\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}\left(i\right)+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}\left(i\right)+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)+d_y\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right),$

$N\left(i\right)=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}\left(i\right)+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\&theta;}\left(i\right)+d_y\sin \mathrm{\&theta;}\left(i\right)$

$\mathrm{\&omega;}\left(i\right)=\frac{v_w}{\sqrt{{[M\left(i\right)+\sqrt{{\left[X_C\left(i\right)\right]}^2+[Y_C\left(i\right){]}^2}\sin \mathrm{\&beta;}\left(i\right)]}^2+{[N\left(i\right)-\sqrt{{\left[X_C\left(i\right)\right]}^2+{\left[Y_C\left(i\right)\right]}^2}\cos \mathrm{\&beta;}\left(i\right)]}^2}},$

v₁(i)＝M(i)·ω(i),

v₂(i)＝N(i)·ω(i),

n＝i，继续执行下一步；

(e)如果θ(i)+ω(i)·Δt>θ_max，程序结束；如果θ(i)+ω(i)·Δt<＝θ_max，继续执行下一步；

(f)Δθ(i+1)＝ω(i)·Δt，继续执行下一步；

(g)i＝i+1，继续执行步骤(c)。

上述计算方法获得了对应在不同时刻的下列各个向量：

$\stackrel{\&RightArrow;}{t}=[t\left(1\right),t\left(2\right),...,t\left(n\right)],\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&theta;}}=[\mathrm{\&theta;}\left(1\right),\mathrm{\&theta;}\left(2\right),...,\mathrm{\&theta;}\left(n\right)],\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&Delta;\&theta;}}=[\mathrm{\&Delta;\&theta;}\left(2\right),\mathrm{\&Delta;\&theta;}\left(3\right),...,\mathrm{\&Delta;\&theta;}\left(n\right)],$

$\stackrel{\&RightArrow;}{X_C}=[X_C\left(1\right),X_C\left(2\right),...,X_C\left(n\right)],\stackrel{\&RightArrow;}{Y_C}=[Y_C\left(1\right),Y_C\left(2\right),...,Y_C\left(n\right)],$

$\stackrel{\&RightArrow;}{X_{\mathrm{TC}}}=[X_{\mathrm{TC}}\left(1\right),X_{\mathrm{TC}}\left(2\right),...,X_{\mathrm{TC}}\left(n\right)],\stackrel{\&RightArrow;}{Y_{\mathrm{TC}}}=[Y_{\mathrm{TC}}\left(1\right),Y_{\mathrm{TC}}\left(2\right),...,Y_{\mathrm{TC}}\left(n\right)],$

$\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&beta;}}=[\mathrm{\&beta;}\left(1\right),\mathrm{\&beta;}\left(2\right),...,\mathrm{\&beta;}\left(n\right)],\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&omega;}}=[\mathrm{\&omega;}\left(1\right),\mathrm{\&omega;}\left(2\right),...,\mathrm{\&omega;}\left(n\right)],$

$\stackrel{\&RightArrow;}{v_1}=[v_1\left(1\right),v_1\left(2\right),...,v_1\left(n\right)],\stackrel{\&RightArrow;}{v_2}=[v_2\left(1\right),v_2\left(2\right),...,v_2\left(n\right)].$

下面给出一组实际数据具体说明。

假设给定a＝600mm、b＝300mm、d_x＝0mm、d_y＝50mm、v_w＝6mm/s、L_a＝8mm；给定初始角度θ_min＝10°，给定终止角度θ_max＝80°，给定时间步长Δt＝1s。

则通过上述逐点计算方法可以计算出结果，各变量θ、ω、X_C、Y_C、v₁、v₂与时间的关系曲线如图12、图13、图14、图15所示。部分数据值如表1所示。

表1各变量θ、ω、X_C、Y_C、v₁、v₂的计算值(节选)

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，因此可以达到优化的高质量焊接效果；所设定的方向可以是任意方向，例如：当椭圆轨迹处于竖直的立面上时，将焊枪保持在竖直方向上，且焊接方向始终保持在水平方向上，从而获得平焊位置的高质量焊接效果；例如：当椭圆轨迹处于水平面上时，将焊枪和焊接方向均同时始终保持在水平方向上，从而获得横焊位置的高质量焊接效果。

Claims (10)

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(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；待焊工件固定安装在工件安装台上；待焊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，设待焊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_C，世界坐标系(C)的横轴x_C与直线q平行，x_C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y_C与直线s平行，y_C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)设置在第三基座上；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O_A，椭圆坐标系(A)的横轴x_A与椭圆长轴重合，椭圆坐标系(A)的纵轴y_A与椭圆短轴重合，所述椭圆坐标系(A)设置在带椭圆轨迹焊缝的工件上；点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(d_x,d_y)，(d_x,d_y)为已知常量；

设焊接速度为预设值v_w，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x_C轴的夹角为θ，0≤θ≤90°；所述焊枪的中心线与y_C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(X_C,Y_C)；设焊枪的末端点T在世界坐标系(C)中的坐标为(X_TC,Y_TC)；所述焊枪的末端点T与焊点P的距离为预设值L_a；焊枪的末端点T和焊点P沿x_C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_C轴的速度相等，均为v₂，相对世界坐标系(C)而言；

控制器通过控制工件和焊枪满足下列关系：

$X_C=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\&theta;}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\&theta;}+d_y\sin \mathrm{\&theta;},$

$Y_C=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}\cos \mathrm{\&theta;}-d_x\sin \mathrm{\&theta;}-d_y\cos \mathrm{\&theta;},$

X_TC＝X_C,

Y_TC＝Y_C+L_a,

$\mathrm{\&beta;}=\arctan \left(\frac{Y_C}{X_C}\right),$

$\mathrm{\&omega;}=\frac{v_w}{\sqrt{{(M+\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\&beta;})}^2+{(N-\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\&beta;})}^2}},$

v₁＝Mω,

v₂＝Nω,

其中，

$M=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\&theta;})\cos \mathrm{\&theta;}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\&theta;}+d_y\cos \mathrm{\&theta;},$

$N=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\&theta;}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\&theta;}+d_y\sin \mathrm{\&theta;},$

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，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。

2.如权利要求1所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述X轴传动机构采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

3.如权利要求1所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述Y轴传动机构采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

4.如权利要求1所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述Z轴传动机构(35)为减速机。

5.如权利要求1所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：还包括送丝机(9)，控制器与送丝机相连，送丝机与焊枪相连。

6.一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)、第二滑块(24)和平面压板(8)；所述第二基座与第一滑块固接；所述第二滑块滑动镶嵌在第二基座上；所述平面压板与第二滑块固接；所述平面压板与工件相接触，平面压板的下表面与椭圆轨迹相切；所述平面压板的下表面为水平面；

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轴电机和Z轴电机分别与控制器相连；控制器控制X轴电机和Z轴电机同时转动；所述控制器与焊接电源相连；待焊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_C，世界坐标系(C)的横轴x_C与直线q平行，x_C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y_C与直线s平行，y_C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)设置在第三基座上；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O_A，椭圆坐标系(A)的横轴x_A与椭圆长轴重合，椭圆坐标系(A)的纵轴y_A与椭圆短轴重合，所述椭圆坐标系(A)设置在带椭圆轨迹焊缝的工件上；点O_C在椭圆坐标系(A)中的坐标值为(d_x,d_y)，(d_x,d_y)为已知常量；

设焊接速度为预设值v_w，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x_C轴的夹角为θ，0≤θ≤90°；所述焊枪的中心线与y_C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(X_C,Y_C)；设焊枪的末端点T在世界坐标系(C)中的坐标为(X_TC,Y_TC)；所述焊枪的末端点T与焊点P的距离为预设值L_a；焊枪的末端点T和焊点P沿x_C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_C轴的速度相等，均为v₂，相对世界坐标系(C)而言；

控制器控制工件和焊枪满足下列关系：

$X_C=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\&theta;}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\&theta;}+d_y\sin \mathrm{\&theta;},$

$Y_C=\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}\cos \mathrm{\&theta;}-d_x\sin \mathrm{\&theta;}-d_y\cos \mathrm{\&theta;},$

X_TC＝X_C,

Y_TC＝Y_C+L_a,

$\mathrm{\&beta;}=\arctan \left(\frac{Y_C}{X_C}\right),$

$\mathrm{\&omega;}=\frac{v_w}{\sqrt{{(M+\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\sin \mathrm{\&beta;})}^2+{(N-\sqrt{X_C^2+Y_C^2}\cos \mathrm{\&beta;})}^2}},$

v₁＝Mω,

v₂＝Nω,

其中，

$M=\frac{(a^2-b^2)(b^2-a^2{\tan }^4\mathrm{\&theta;})\cos \mathrm{\&theta;}}{(a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2)\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}}+d_x\sin \mathrm{\&theta;}+d_y\cos \mathrm{\&theta;},$

$N=\frac{(a^2-b^2)\sin \mathrm{\&theta;}}{\sqrt{a^2{\tan }^2\mathrm{\&theta;}+b^2}}-d_x\cos \mathrm{\&theta;}+d_y\sin \mathrm{\&theta;},$

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，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。

7.如权利要求6所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述X轴传动机构采用丝杠螺母传动机构、齿轮齿条传动机构、带传动机构、链条传动机构或绳传动机构。

8.如权利要求6所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：所述Z轴传动机构(35)为减速机。

9.如权利要求6所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：还包括送丝机(9)，控制器与送丝机相连，送丝机与焊枪相连。

10.如权利要求6所述的椭圆轨迹定向切线恒速焊接机器人装置，其特征在于：还包括簧件(81)，所述簧件的两端分别连接第二滑块和第二基座，所述簧件采用拉簧、压簧、扭簧或片簧。