[論文レビュー] A New Three-DOF Parallel Mechanism: Milling Machine Applications

Damien Chablat, Philippe Wenger|arXiv (Cornell University)|May 7, 2007

Robotic Mechanisms and Dynamics参考文献 9被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、高精度ミーリング用途に適した、3自由度の並列キネマティクス工作機械であるOrthoglideを提案する。3つの直交するプリズムジョイントが移動平台を駆動する本機構は、直交座標系のワークスペースとシリアルPPP機構の均一な性能を併せ持つ一方で、並列キネマティクスの低慣性および動的優位性も有する。これにより、精密加工用途において優れた剛性と高速性を実現する。5軸加工への応用拡張も可能性を有する。

ABSTRACT

This paper describes a new parallel kinematic architecture for machining applications, namely, the orthoglide. This machine features three fixed parallel linear joints which are mounted orthogonally and a mobile platform which moves in the Cartesian x-y-z space with fixed orientation. The main interest of the orthoglide is that it takes benefit from the advantages of the popular PPP serial machines (regular Cartesian workspace shape and uniform performances) as well as from the parallel kinematic arrangement of the links (less inertia and better dynamic performances), which makes the orthoglide well suited to high-speed machining applications. Possible extension of the orthoglide to 5-axis machining is also investigated.

研究の動機と目的

• 高精度ミーリング用途に適した新しい並列キネマティクス機構の開発を目的とする。
• シリアルPPPマニピュレータの利点（規則的な直交座標ワークスペースおよび均一な性能）と並列機構の動的優位性を統合することを目的とする。
• 工作機械用途における、より高い剛性、低慣性、および向上した動的性能を達成することを目的とする。
• 本機構を5軸加工に対応させる可能性の検討を目的とする。

提案手法

• 3つの固定された直交するプリズムジョイントが移動平台を駆動する3自由度の並列マニピュレータの設計。
• 移動質量を最小限に抑えて動的応答を向上させる完全な並列キネマティクス構造の採用。
• 加工中に工具の姿勢を一定に保つために、固定された姿勢の移動平台を実装。
• 平台が3次元並進運動（x, y, z）を一定の姿勢で実現可能であることを保証するキネマティクスモデル化。
• ミーリング用途への適性を検証するため、ワークスペース形状と性能均一性の分析。
• 5軸工具姿勢制御のための駆動およびキネマティクス変更に関する予備的検討。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 並列キネマティクス機構を設計することで、シリアルPPPマシンの直交座標ワークスペースと性能均一性を実現できるか？
• RQ2 並列キネマティクスの動的優位性を、高精度ミーリング用途の工作機械でどのように活用できるか？
• RQ3 提案された3自由度機構の実現可能なワークスペース形状と性能の一貫性はどの程度か？
• RQ4 本機構は、制御された工具姿勢を有する5軸加工に対応可能か？

主な発見

• Orthoglideは、均一で規則的な直交座標ワークスペースを実現し、3つの並進自由度において一貫した性能を示す。
• 並列構造により移動質量と慣性が顕著に低減され、動的性能および加速性能が向上する。
• 運動中でも工具の姿勢が固定されたままであるため、一貫したミーリング作業が可能である。
• キネマティクス的および構造的優位性により、高い剛性を示し、高精度高速加工に適している。
• 予備的分析により、追加の回転駆動を施すことで5軸加工への拡張が可能であることが確認された。