[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出了一种新型三自由度并联运动学机床——Orthoglide，其采用三个正交的移动副驱动移动平台，适用于高速铣削。通过结合串联PPP机构的笛卡尔工作空间与性能均匀性，以及并联运动学的低惯性和动态优势，Orthoglide在精密加工应用中实现了卓越的刚性和速度，且具备扩展至五轴加工的潜力。

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.

研究动机与目标

• 开发一种适用于高速铣削应用的新并联运动学结构。
• 结合串联PPP机械臂的优势——规则的笛卡尔工作空间与性能均匀性——与并联机构的动态优势。
• 在机床应用中实现更高的刚性、更低的惯性以及更优的动态性能。
• 探索将该机构扩展至五轴加工能力的可行性。

提出的方法

• 设计一种三自由度并联机械臂，其三个固定且正交的移动副驱动一个运动平台。
• 采用完全并联的运动学架构，以最小化运动部件质量并提升动态响应。
• 实现固定姿态的运动平台，以确保加工过程中刀具姿态的一致性。
• 进行运动学建模，以确保平台实现完整的三维平动运动（x, y, z），且姿态保持恒定。
• 分析工作空间形状与性能均匀性，以验证其在铣削应用中的适用性。
• 初步探讨通过增加旋转驱动实现五轴刀具姿态控制的驱动与运动学改进。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计一种并联运动学机构，使其具备串联PPP机构的笛卡尔工作空间与性能均匀性？
• RQ2 如何在高速铣削机床中利用并联运动学的动态优势？
• RQ3 所提出的三自由度机构可实现的工作空间形状与性能一致性如何？
• RQ4 该机构能否扩展以支持具备受控刀具姿态的五轴加工？

主要发现

• Orthoglide实现了规则且形状良好的笛卡尔工作空间，且在三个平动自由度上性能均匀。
• 并联架构显著降低了运动部件的质量与惯性，从而提升了动态性能与加速度能力。
• 该机构在运动过程中保持刀具姿态固定，这对于一致的铣削操作至关重要。
• 由于其运动学与结构优势，该设计表现出高刚性，适用于高速加工。
• 初步分析证实，通过增加旋转驱动，该机构具备扩展至五轴加工的潜力。