一種混合五軸CNC銑床fagede學(xué)習(xí)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。一種混合五軸CNC銑床fagede-一種混合五軸CNC銑床作者：SeungkilTaejungKimbSona,即,Sarmac,桑賈伊,亞歷山大SlocumcaCompressor設(shè)計團(tuán)隊,韓國大宇電子有限公司,南韓仁川市合作,以及韓國bDepartmentDankook大學(xué)機械工程研究所碩士論文,Yong-in,Kyongi,以及韓國cDepartment機械工程、麻省理工學(xué)院、35-014B77麻薩諸塞州大道,劍橋,MA02139,美國發(fā)表的相關(guān)時間：2008年4月9日收到。2008年8月22日修

2、訂。2008年12月4日接受。在網(wǎng)上發(fā)表時間2008年12月25日。文摘五軸CNC銑床是重要的一些行業(yè),從航天到consumer-die-mold加工,因為他們可以提供高加工精度呈梭式的能力。這些機器大部分有序機制中說,適度的靜態(tài)和動態(tài)剛度變得非常關(guān)鍵設(shè)計問題當(dāng)高速加工能力是必需的。并聯(lián)機構(gòu)最近接受了的注意力從機床設(shè)計師,因為他們的內(nèi)在潛在的剛度、因為他們緊致性。然而,大部分的承諾的并行機器的優(yōu)勢只發(fā)生在一個真正的小區(qū)域的活動空間。我們討論幾個運動和結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn),提取機械加工性能從連續(xù)、平行的機器。我們比較混合機,連續(xù)、平行的機制,結(jié)合典型的連續(xù)劇和平行歐拉角機等設(shè)備和一六足機甲。特別是,我們考

3、慮奇異性,逆轉(zhuǎn)的特點,可制造性。我們發(fā)現(xiàn)混合機能夠受益的優(yōu)勢,從而避免并聯(lián)機構(gòu)采用最具潛力的陷阱。然而,混合結(jié)構(gòu)會患上over-constraint的生產(chǎn)問題。我們發(fā)現(xiàn)的程度取決于over-constraint機器尺寸。我們設(shè)計了小型混合五軸運動平臺,MIT-SS-1,能容忍這樣一種新的布局over-constraint通過軸。結(jié)果表明該結(jié)構(gòu),有可能做為一個小五軸CNC銑床。關(guān)鍵詞:機床;五軸;混合動力車;運動學(xué);設(shè)計文章概述1。介紹2。文獻(xiàn)3。運動和結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)的連續(xù)劇和平行結(jié)構(gòu)31。在串行奇異性和并行機器3.1.1。致動器在PKMs奇點3.1.2。運動奇點系列機器3.2。操作3.3。正負(fù)PK

4、Ms3.3.1。致動器逆轉(zhuǎn)第3.3.2章。Reversal-free在PKMs工作空間3.4。共同的挑戰(zhàn)PKMs性能3.5分。摘要4。混合概念41。串行/平行軸分布4.2。結(jié)構(gòu)設(shè)計5。MIT-SS-1混合斯圖爾特平臺的機器5.1。運動學(xué)520。剛度分析5.3。工作空間54。操作55。逆轉(zhuǎn)在飛機上5.6。結(jié)構(gòu)over-constraint6。性能指標(biāo)7。四Moving-bridge機器8。結(jié)論參考1。介紹機床用戶不斷尋求更快、更硬的更小型的更準(zhǔn)確的機器,尤其是那些擁有四或五軸和更大的達(dá)到和敏捷。斯圖爾特平臺,一個并行結(jié)構(gòu)機(2004),圖1顯示的,最近接受了考慮作為機床結(jié)構(gòu)在此背景下。當(dāng)斯圖爾特

5、平臺機器第一次出現(xiàn)是一個可能的機床結(jié)構(gòu)上世紀(jì)90年代初,有相當(dāng)多的興奮在機床用戶對其可能的。不幸的是,一定的設(shè)計都必須有所取舍,這是不可避免的數(shù)學(xué)癖通常會導(dǎo)致在performance-such作為一種形狀奇特的工作空間或不同速度能力的工作空間。多一個特征的機床上hexapods預(yù)期雜志幾年前更大、剛度和精度達(dá)到機械工具的小額足跡1。然而的剛度的分析顯示,它可以非常敏感它的地理位置處在機構(gòu)的工作空間,其實是剛度和精度快速下降主軸離開sweet-spot”的機器”2。HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-

6、4V7624M-1&_image=fig1&_ba=1&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=709d918ffcd814b7a8418ce8844cbf78oFull-sizeimage(38K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(3

7、8K)全尺寸的圖像(38K)圖一。斯圖爾特平臺。觀點在第三與此同時,系列機制有許多缺陷做的PKMs有吸引力。一個主要的問題是,連續(xù)的疊加系列機械軸傾向于氣球上size-joints較低的序列鏈,將更高的關(guān)節(jié),必須更長和更硬的來臨,這影響連續(xù)的。PKMs,另一方面,越來越不移動的質(zhì)量,因為他們不遭受此種形式的stack-up。另一個共同的問題系列機器,五軸,但是還沒有得到這臺機床關(guān)注文學(xué),是“操作”的損失。許多五軸機床今天有了一定程度上的自由,被稱為C-axis。C-axis的吸引力在于它緊湊,stack-up上造成損失的problem-but的工作業(yè)績。當(dāng)主軸為平行于這個軸,它可以輸入一個國家

8、類似萬向節(jié)鎖。這些缺失了的操作是一種運動奇異點。在許多方面,PKMs和系列機器是相反的對方。當(dāng)系列機器有問題的軸心stack-up,因此更誤差積累、PKMs有額外的被動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)所規(guī)定的范圍,提供更滋生。有其他的二重性,有些研究人員認(rèn)為,一種混合概念,結(jié)合平行的好處和系列機器,避免陷阱,兩者可能的理想配置3。在本文中,我們描述了MIT-SS-1這是一種混合五軸結(jié)構(gòu)特別設(shè)計來避開陷阱的平行和系列機器。2。文獻(xiàn)在過去的十年里,PKMs獲得關(guān)注于機床研究領(lǐng)域,因為他們的固有的高結(jié)構(gòu)的剛度和低慣性。幾個原型包括Triaglide6凡流和HexaM懇請由被報道,表現(xiàn)了比較普通機床4和5。有超過20六足機甲

9、機床設(shè)計存在世界的;更多的存在pick-and-place應(yīng)用。幾位研究人員有質(zhì)的或定量評價PKMs用于機床考慮剛度,加速度和動態(tài)性能。在11PKMs研究表明,與固定長度的支柱上得很可能與傳統(tǒng)笛卡爾機床特殊的程序。的優(yōu)缺點比較并聯(lián)機構(gòu)采用定性和運動學(xué)原理與剛度了奇點附近2。請描述同一個作者混合3-axis平臺3。廣泛的討論機床并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用和存在的原型在工業(yè)是可在6。在設(shè)計PKMs,最費時的過程通常是概念設(shè)計階段,因為它決定了基本結(jié)構(gòu)特點對于機器的性能和生產(chǎn)成本賴以生存的環(huán)境。一個設(shè)計方法使用連接的定義是自由的程度自相關(guān)危險因子關(guān)節(jié)并聯(lián)機構(gòu)被介紹7。從工程的角度,提出系統(tǒng)設(shè)計過程并聯(lián)機構(gòu)使用三

10、手臂描述元素8。通過限制聯(lián)合類型、不可行設(shè)計候選人被刪除概念設(shè)計。其中最關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)PKMs是執(zhí)行機構(gòu)的奇異性的活動空間。所有可能的致動器在原來的奇異性Stewart-Gough平臺9中顯示了。當(dāng)雅可比矩陣、逆雅可比矩陣地位、機制失去了機動或剛度和相應(yīng)的配置被稱為運動奇異性或致動器的奇異性2,10?？梢哉J(rèn)為,復(fù)雜PKMs中的運動學(xué)創(chuàng)建一個需要僵硬的執(zhí)行機構(gòu)和適當(dāng)?shù)母櫩刂?2。此外,它會引起更頻繁的致動器發(fā)生逆轉(zhuǎn)的時候改變自己的方向執(zhí)行機構(gòu)的運動。摩擦非線性變得非常復(fù)雜的近零速度地區(qū)和控制器如果沒有摩擦力賠償,賠償不認(rèn)識這些變化。誘使大軌跡誤差。準(zhǔn)確的摩擦補償很難實施13。現(xiàn)有的補償方式運動

11、控制帶摩擦廣泛討論14。3。運動和結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)的連續(xù)劇和平行結(jié)構(gòu)在這篇文章里,我們列出運動和結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)的設(shè)計中需解決的一種機床。這里顯示問題的思考包括標(biāo)準(zhǔn)的運動學(xué)原理、新運動的觀察和一些實際經(jīng)驗收集來的考慮使用和設(shè)計機床。31。在串行奇異性和并行機器讓X是機器人末端配置和作為激活的關(guān)節(jié)角的五軸機床,5-tuples規(guī)定。(1)(2)在x,y和z是平移笛卡爾坐標(biāo)的機器,a和b是旋轉(zhuǎn)參考幀包含預(yù)選坐標(biāo)依戀這個世界,i是與位移的致動器的機器。在五軸機、轉(zhuǎn)動自由度自相關(guān)的刀軸不在我們的興趣。X軸和之間的關(guān)系可以寫成(3)F(X,)=0where女:R5卷7R5卷7R5卷7。通過讓方程(3)相對于時間,我們

12、有(4)到哪里外匯=F/X和F=F/。如果外匯不是單數(shù)以外,其他的,J,雅可比矩陣,對該機構(gòu)調(diào)查有價值的運動特性,如操作、運動及致動器的奇異性,對該機構(gòu)使用,可制得的外匯和F式。(5)。(5),這樣。同樣地,我們定義,當(dāng)F不是奇異。當(dāng)|或外匯F變成零、結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗或運動或執(zhí)行機構(gòu)奇性。3.1.1。致動器在PKMs奇點致動器的奇異點是眾所周知的現(xiàn)象,在文獻(xiàn)10所聚集的機器人。卸載工具的數(shù)量的臉是由切削力等的剛度進(jìn)行了靜態(tài)和動態(tài)系統(tǒng)。在一些配置平行的機制、氣動執(zhí)行機構(gòu)力量并不傳播,使其手端實驗無法抗拒的外部力量在一些指示。這些配置被稱為致動器的奇異性研究,他們可以通過看雅可比矩陣。一般來說,結(jié)構(gòu)剛度

13、的奇異性,附近的結(jié)構(gòu)通常是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在配置遠(yuǎn)離奇性。這臺機器的工作空間在高剛度就可以實現(xiàn)相關(guān)的奇異點的位置。外部廣義力量,T伴隨廣義坐標(biāo)X與驅(qū)動器扭矩G如下:(6),方程以上是減少到下列形式的公式:(7)T=J很顯然,J1或F失去了地位、手端抵抗裂縫擴(kuò)展能力的力量或轉(zhuǎn)矩在一些方向。它也可以顯示附近,這些奇異性,這臺機器變得機械的弱勢群體。聯(lián)合篩選,機械剛度成為放大大大受損。這個問題特別嚴(yán)重的PKMs因為這些機制有許多被動的關(guān)節(jié)的篩選,他補充說。3.1.2。運動奇點系列機器有趣的是,致動器的奇異性不發(fā)生在串行機制。然而,一個雙作動器的存在性進(jìn)行串行機器,我們將作為一個運動奇異點。從本質(zhì)上說,系列機

14、器立刻失去角度上的自由。通過這些配置最路徑,除了非常特別,失去控制的速度跟蹤,這是一個嚴(yán)重的缺點,特別是在高速機器。大量的系列機器今天受這種缺點。這個結(jié)果會被證明是通過雅可比矩陣。在配置機器,等級相應(yīng)的雅可比矩陣廣義下降,機器失去在一些方向(15)。當(dāng)機器人末端速度是已知的,所需的致動器的速度可以獲得Eqs。(四)、(五)使用下列公式:(8)情緒智商。(8)意味著所需的致動器的速度會變成無限大達(dá)到有限的速度,除非有特殊情況實驗,碰上了。運動奇異點是很普遍的常規(guī)五軸系列機器,我們會證明在這里。名稱斧子如下:轉(zhuǎn)動軸在國內(nèi)對齊(位置)平行于x-,y-z軸方向上的被稱為A-、B-和C-axis,分別。

15、在五軸系列機器,其中兩個是三個旋轉(zhuǎn)軸通常用于,如圖2(a)。這意味著有配置轉(zhuǎn)動軸在這主軸與軸兩轉(zhuǎn)動軸。讓單位矢量對準(zhǔn)主軸軸和qxqz是,探明,它的組件。讓a、b、c是歐拉角對應(yīng)一個-,b-,和C-axis。垂直式歐拉角機床只使用(A,C)或(乙、丙)軸對,并臥式歐拉角機床使用(A,B)軸的一對。如垂直歐拉角儀器、因為qx=罪(a)的罪(c),探明罪(a)=因為(c),和qz=因為(a)、鑒別他們依賴于時間導(dǎo)致:(9)。(9)表明,機制主要由兩個轉(zhuǎn)動軸(A,C)只有一個轉(zhuǎn)動自由度取向角、時,變得零。主軸與軸z軸在這個配置中,和一個轉(zhuǎn)動自由度丟失了。這是一個嚴(yán)重的問題在笛卡爾機床,因為它通常發(fā)生在

16、中間取向的工作空間。水平的情況可以用機器,從(a,b)和()(10)HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image=fig2&_ba=2&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_us

17、erid=4571522&md5=1e37e2da55d7dc8b4a2fefe8baa5633boFull-sizeimage(26K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(26K)圖2。運動奇異的配置。(a)Euler-angle機床。(b)PKMs。觀點在第三當(dāng)b成為/2、機制也會輸?shù)?轉(zhuǎn)動自由度。一般來講,這些奇點不能避免在五軸系列機床。面臨的挑戰(zhàn)是把點奇異的時間到外邊就餐。使用一種C-axis機床通常是這個問題的來源。大多數(shù)五軸CNC機床是今天的賽場上C-axis機器,因而受這種衰弱的問題。注意這個問題出現(xiàn)無論是否自己的斧頭堆放在一起,或在不同的地點序列鏈。使用

18、的誘惑C-axis來自于事實更緊湊C-axis是另外還有一個串行3-axis或四比A-axis機器或B-axis。慣性和結(jié)構(gòu)stack-up了機器系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn),我們將在以下討論的,這個緊湊的機器C-axis通常只有這樣才能夠得到五軸運動不減少機器最佳性能。運動奇點PKMs中也有,顯示在圖2(b)。3.2。操作在機器人的社區(qū),在某一特定的配置是廣義定義為一種能力,改變位置并實驗的方向在任意方向10。完全喪失,定義了廣義上面是一個運動奇異點。即使奇異的位置還沒有達(dá)成共識,時間是有限的可操作度在一些配置,這可定量測量的最小特徵值(1)、(2)或(3)條件數(shù)的雅可比矩陣的行列式。操作可以被想象的速度

19、橢球面當(dāng)機制并非在一個獨特的配置。更各向異性的這個橢球面,越難計劃的工具,路徑。操作為定位及發(fā)展方向,分析的條件下獨立或定位或位置固定16和17。位置,分析了廣義條件下,和。我們隔斷的逆雅可比矩陣納入J1=B,在那里是553和B2。在這樣的限制,可以寫成(11)本文研究了五坐標(biāo)變換,在一個orthonomal矩陣向量的排的特徵ATA。規(guī)范的Eucledian能夠在數(shù)量上表現(xiàn)在以下Xtv新坐標(biāo)式:(12),D是一個對角矩陣的特征值的對角線元素(ATA)1。執(zhí)行機構(gòu)的約束和均衡。(12)、速度橢球面來位置可獲得性能(13),ti=D(我,我)。情緒智商。(13),描述了一個橢球面躺在特征向量的軸,

20、v方向,分析了廣義條件下,和。程序類似于那位置的性能。因為只有由資源、二維表達(dá)式是可能的。因此定位操作可以被想象與速度橢圓在二維矢量空間。在這個例子中六足機甲,三維的表情,然而,是有可能的,因為它具有三個轉(zhuǎn)動自由度。圖3顯示在Hexel可操作度的六足機甲在x-A軸,當(dāng)B工作C-axis方向是零,y=0和z=0.4米。翻譯ellipsoids速度和旋轉(zhuǎn)圖3中(a)-1和同時顯示大量的各向異性,這就意味著這些實驗的變化是不容易的位置和方位的方向特征向量有關(guān)的最小特徵值。翻譯的情況下,最低條件號碼是2.76和最大條件號碼是學(xué)習(xí)的。平方根的最小特征值是幾乎相同的x-A的工作空間。這個橢球面的數(shù)量有所不

21、同,0.660.71。如旋轉(zhuǎn),條件數(shù)字變化高(1.45-7.89)?？臻g變化的平方根的最小特征值是大(2.57-7.04)?？傊?它可以是一種高各向異性和非均質(zhì)的機床。這有嚴(yán)重的影響刀具軌跡。如果某個特定常數(shù)時,需要切割速度是什么樣的情況,就像高速加工、制造工程師沒有選擇,只能選擇最壞的速度無處不在。這意味著機器的實際性能,從實踐的角度,可以是很差。另一種辦法是盡可能快去到處都是。這是一個艱難的路徑規(guī)劃問題不提供在大多數(shù)CAM系統(tǒng)。HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image

22、=fig3&_ba=3&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=221700c3c7906e1b92dda7b2067c3927oFull-sizeimage(115K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(115K)_全尺寸的圖像(115

23、K)圖3。它可以可操作度。(a)速度ellipsoids。(a-1)翻譯。(a-2)旋轉(zhuǎn)。(b)位置的性能。(b-1)條件數(shù)。(b-2)最小特徵值的平方根。(b-3)這個橢球面量。(c)定位操作。(c-1)條件數(shù)。(c-2)最小特徵值的平方根。(c-3)這個橢球面量。觀點在第三3.3。正負(fù)PKMs當(dāng)關(guān)節(jié)在機制扭轉(zhuǎn)他們普遍的運動方向的環(huán)形內(nèi)插法期間發(fā)生,共同體驗零速度。這些州擁有高度非線性摩擦的特點。Joint-reversals所知,限制了運動精度的線性軸,并進(jìn)行了語境中的線性軸和重復(fù)控制13。在串行機、逆轉(zhuǎn)州也比較容易compute-they發(fā)生,比如,在x,y-極端的一圈飛機在一個傳統(tǒng)笛卡

24、爾機器。在PKMs,逆轉(zhuǎn)就是更嚴(yán)謹(jǐn)限制:逆轉(zhuǎn)甚至當(dāng)手端可能發(fā)生的時候一條直線。這是一種嚴(yán)重的退稅因為線性數(shù)據(jù)是最重要的一個實體工程設(shè)計要求。換句話說,PKMs執(zhí)行你們逆轉(zhuǎn)而加工飛機和直線。避免在執(zhí)行典型的直線軌跡倒轉(zhuǎn)因此,非常重要的。在PKMs,逆轉(zhuǎn)可以發(fā)生在兩個,主動和被動的關(guān)節(jié)。我們就限制我們的分析來逆轉(zhuǎn)活性關(guān)節(jié),雖然會產(chǎn)生反轉(zhuǎn)被動關(guān)節(jié)太大也許會導(dǎo)致錯誤。高維逆轉(zhuǎn)特點是超出我們的范圍在這里,但是他們會被調(diào)查在一個單獨的紙。3.3.1。致動器逆轉(zhuǎn)聯(lián)合速度能和手端如下幾種速度公式:(14)當(dāng)所有的系數(shù)的一排逆雅可比矩陣都為零,積極的共同經(jīng)歷零速,因此任何手端經(jīng)歷倒轉(zhuǎn)速度的組合。我們稱這極端的例

25、子一個reversal-singularity。情緒智商。(15)之間的關(guān)系,使其手端與主動關(guān)節(jié)速度:(15)逆轉(zhuǎn)發(fā)生配置改變符號的聯(lián)合速度。當(dāng)一個reversal-singularity出現(xiàn),逆轉(zhuǎn)幾乎是不可避免的。例如,圖4(a)展示逆轉(zhuǎn)奇異性和逆轉(zhuǎn)的方向的Hexel運動時一定實驗,下飛機傾斜(水平度)。Hexel的空間信息的六足機甲,本文研究了列圖。5。當(dāng)?shù)恼袑R刀具路徑與任何反轉(zhuǎn)方向,如圖4(a),共同體驗零速度。刀具軌跡等機需要非常仔細(xì)地產(chǎn)生反轉(zhuǎn)數(shù)量降低,然而,這是不能避免的,逆轉(zhuǎn)在大多數(shù)刀具軌跡。笛卡爾機床沒有reversal-singularities如果定位是固定的,更重要的是

26、,改變了方向平行與驅(qū)動器的軸。這使它容易產(chǎn)生反轉(zhuǎn)自由直刀具軌跡。_全尺寸的圖像(28K)圖4。反轉(zhuǎn)方向和逆轉(zhuǎn)奇性。(a)六足機甲。(b)笛卡爾機床。觀點在第三_全尺寸的圖像(34K)圖5。六足機甲。(一)6三樣六足機甲。(b)固定平臺。(c)移動平臺。觀點在第三第3.3.2章。Reversal-free在PKMs工作空間這是可能的顯示一個封閉的刀具軌跡與任何non-redundant歸納出致動器逆轉(zhuǎn)機理。然而,執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)量取決于反轉(zhuǎn)事件的運動學(xué)這臺機器。例如,至少將會有12正負(fù)它可以而手端封閉的旅行的刀具軌跡,plane-however傳統(tǒng)笛卡爾機床只有四個經(jīng)驗,在同等條件下逆轉(zhuǎn)。一個矩形平

27、面研磨能與一個笛卡爾數(shù)控機床沒有逆轉(zhuǎn)(除兩端的路徑)使用蜿蜒刀具軌跡。然而,為hexapods逆轉(zhuǎn)特征空間劃分關(guān)閉細(xì)胞;逆轉(zhuǎn)是不可能的,因為自由路徑合理的大小的平面,使用六足機甲。圖6(a)表示了四蜿蜒刀具軌跡在六足機甲,和逆轉(zhuǎn)的線條,他們會遇到的。圖6(b)顯示將從一開始reversal-free地區(qū)的邊緣,它可以的工作空間。這些特質(zhì),也可以很虛弱,是理想的設(shè)計PKMs這樣一種方式,他們減少反轉(zhuǎn)。HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image=fig6&_ba=6&_user

28、=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=a4074b2d52e27e99b0fd5dabb79b02b8oFull-sizeimage(128K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(128K)圖6。逆轉(zhuǎn)的例子闡述六足機甲。(a)逆轉(zhuǎn)的例子闡述Hex

29、el的六足機甲。(b)沒有逆轉(zhuǎn)及工作空間的事件。觀點在第三3.4。共同的挑戰(zhàn)PKMs性能關(guān)節(jié)的性能帶來額外的挑戰(zhàn)PKMs設(shè)計中。并聯(lián)機床有額外的被動關(guān)節(jié)(它可以有6個致動器,6球的關(guān)節(jié)和六普遍關(guān)節(jié)),每一個聯(lián)合增加合規(guī)、誤差運動和摩擦力的結(jié)構(gòu)。此外,hexapods,尤其是使用上有一個內(nèi)置可伸縮的關(guān)節(jié)和球形。挑戰(zhàn)特點以及設(shè)計以幾種不同類型的關(guān)節(jié)定性比較18。有一個內(nèi)置可伸縮的關(guān)節(jié)也有其他問題。首先,他們有各種不同長度抗彎剛度取決于他們延長。我們描述了來源的彎矩后在這部分。考慮到的情況為望遠(yuǎn)鏡長度。將剛度變化800%因為梁抗彎剛度是成正比的1/length3。盡管彎曲一個支撐可能顯得不敏感方向,

30、它可以具有重要意義精密機床。在相關(guān)的工作,Tlusty孫俐。11由平面并聯(lián)結(jié)構(gòu)相比的支柱和定長telescoping-struts機床考慮應(yīng)用加速性能,工作場所,和剛度變化。他們建議固定長度的支柱上有更好的運動學(xué)特性機床上比“伸縮”所帶來的應(yīng)用程序。第二,有一個內(nèi)置可伸縮縫有問題的熱擴(kuò)張。固定長度的支柱上沒有相同的問題,因為沒有摩擦熱直接產(chǎn)生的熱strut-all產(chǎn)生,關(guān)節(jié)的存儲卡。棱鏡中熱膨脹產(chǎn)生的關(guān)節(jié)可以得到報酬,例如,滾珠絲桿的主。有一個內(nèi)置可伸縮聯(lián)合長度必須,然而,能夠單獨計量和補償直接用激光在螺絲、或間接地與溫度傳感器和擴(kuò)張估計。最后一類問題關(guān)系到摩擦。2004結(jié)構(gòu)優(yōu)雅,因為在沒有摩

31、擦力的情況下,所有的力量在聯(lián)合是純粹的抗壓或純粹的拉伸,理論上離開有一個內(nèi)置可伸縮的元素或支柱上,不受一個彎曲載荷。這使利用螺桿軸自身,這驅(qū)動器和支撐,并提出了切實可行的而言,因為沒有彎曲載荷直徑是在意料之中的。不幸的是,這是很難減少摩擦超越一點在球形連接處的先進(jìn)站今天。我們的經(jīng)驗已經(jīng)顯示摩擦于關(guān)節(jié)并事實上使街道彎曲,這嚴(yán)重地影響著一定的剛度。在那些沒有動平臺的腫塊在反應(yīng),這些損失剛度的能力大大降低了機器的振動拒絕在傷口。3.5分。摘要我們已經(jīng)提出了一系列相關(guān)的潛在的問題都設(shè)計連續(xù)、平行的機器在這部分?，F(xiàn)在面臨的問題是如何設(shè)計一種機床滿足下列條件:沒有致動器的奇異性密封工作空間(2004問題)

32、表現(xiàn)得好硬化的工作區(qū)(主要是一個2004問題)沒有運動奇點的工作空間(主要是一個串行機器故障)這都要求人們不是一個C-axis沒有reversal-singularities在x-y的工作空間大逆轉(zhuǎn)免費的地區(qū)沒有有一個內(nèi)置可伸縮縫沒有球形關(guān)節(jié)4?；旌细拍钸@種雜交式五軸CNC銑床集系列以及平行的元素。首先,我們列出了可能的配置和解釋,我們選擇機器的結(jié)構(gòu)。41。串行/平行軸分布一個五軸CNC銑床需要至少5執(zhí)行機構(gòu)。然而,它可以有六個致動器,讓它更靈巧比必要退化的六軸對稱軸旋轉(zhuǎn)的工具,額外的程度上的自由,通常是限制軟件。由于航油價格機器的數(shù)量有關(guān)的設(shè)計作動器、混合機,五軸立即五執(zhí)行機構(gòu)提供潛在優(yōu)勢六

33、足機甲。幾個組合的軸五軸CNC銑床分布是可能的,顯示在表1。Table1.Potentialhybridconfigurations.TypeITypeIITypeIIITypeIVTypeVTypeVISerial543210Parallel012345Totaldof555555HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image=tbl1&_ba=&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=g

34、ateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_isTablePopup=Y&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=d1cfc22357a1bb2d4f4aa4013b0262d7oFull-sizetable-OpensnewwindowFull-sizetable觀點在第三完全的串行結(jié)構(gòu),充分平行結(jié)構(gòu)類型屬于我和VI的分別。II型不切合實際。因此類型第三、四、五是唯一真正的候選人五軸分布。此外,我們消除III型結(jié)構(gòu)列入考慮的理由

35、,連續(xù)三疊是非常挑戰(zhàn)尋求要避免的。所以,我們只有只剩下了兩種分布的平行的和串行軸、類型IV和V?！辈⑿薪Y(jié)構(gòu)約束元素小于6自由度需要制約機制其他方向。型結(jié)構(gòu)由一個1-dof串行結(jié)構(gòu)和四自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)由所需要的約束。這樣的約束結(jié)構(gòu)必須精心設(shè)計的,因為他們可能會確定整個剛度的平行結(jié)構(gòu)。一個四自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)使用一種被動介紹了約束的腿(19)。整體剛度關(guān)鍵取決于腿是預(yù)期的被動抵抗彎扭的時刻,和被動腿必須足夠大,并達(dá)到要求的結(jié)構(gòu)動力。另一方面,第四型結(jié)構(gòu)具有吸引力,因為3-axis機器的經(jīng)驗表明,一個串行兩都離不開stack-up顯著加大結(jié)構(gòu)。因此,我們可以限制我們的搜索IV型結(jié)構(gòu)。在第四型結(jié)構(gòu),在那里獲

36、得三與平行結(jié)構(gòu),實現(xiàn)由連續(xù)的,下一個問題是這三個平面和兩個轉(zhuǎn)動自由度必須被分配在連續(xù)劇和平行組成的機器,分別。其中的一種選擇是把兩個轉(zhuǎn)動自由度上的系列機制。然而,這導(dǎo)致了問題3.1.2章提到:從工程的角度來看,“兩卷雙stack-up機械工具需要你的兩個是一個C-axis,從而導(dǎo)致運動奇性。一堆,B-axis一個在一個上面是具有挑戰(zhàn)性的,因為每一個都結(jié)構(gòu)比較大的本身。所以我們得出這樣的結(jié)論:相結(jié)合的一個可行的自由度,根據(jù)我們的分析,是一種第四型結(jié)構(gòu)配置,如圖7(a)。HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4

37、K-4V7624M-1&_image=fig7&_ba=7&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=4edcd350e99691d95a511bc7f757f22foFull-sizeimage(19K)-OpensnewwindowFull-sizeimage

38、(19K)圖7。第四型結(jié)構(gòu),MIT-SS-1:(一)自由度分布。(b)軸的任務(wù)。觀點在第三考慮到我們打算避免更高的學(xué)位的關(guān)節(jié),最好的方法,實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)化和一個轉(zhuǎn)動自由度并聯(lián)機構(gòu)的平面機構(gòu)是通過一個是由極大的促進(jìn)配置圖。8。這臺機器可平面布置,然后形式顯示在圖7(b):平面機制提供三在飛機,及盒上的機身機制將以下兩out-of-plane的運動。假設(shè)這個可以工整的,我們已經(jīng)取得了結(jié)構(gòu),3-axis系列stack-up避免了利用并聯(lián)機構(gòu),并采用串聯(lián)機構(gòu)為一個更容易做stack-up兩。HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_ud

39、i=B6V4K-4V7624M-1&_image=fig8&_ba=8&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=aa6017e7c24e2088f8c63c9cc5fbdec8oFull-sizeimage(28K)-OpensnewwindowFull-siz

40、eimage(28K)圖8。平面并聯(lián)機構(gòu)類型。觀點在第三4.2。結(jié)構(gòu)設(shè)計基于三自由度平面型的運動學(xué)并聯(lián)機構(gòu)調(diào)查已經(jīng)在許多篇論文中的運動學(xué)文獻(xiàn)20,21和22)。所有類型的平面機制有可能的話,我們才會考慮那些對采用三種相似的執(zhí)行機構(gòu)。換句話說,我們將避免,例如,駕駛線性自由的程度,2例ball-screw扶輪執(zhí)行機構(gòu)。這一現(xiàn)象的原因可能決定是模塊化。三個主要的配置保持顯示在圖8。這三種類型的平面并聯(lián)機構(gòu)。如圖8是眾所周知的,通常被看作存款準(zhǔn)備金率,如果問題,PRRRPRR和P代表的旋轉(zhuǎn)及棱鏡關(guān)節(jié),分別。一個新的思考現(xiàn)在進(jìn)入選擇過程。切削力等通常被認(rèn)為是可以作為隨機擾動的特點。反射的力量的騷亂致動

41、器必須有足夠小以達(dá)到良好的跟蹤性能。存款準(zhǔn)備金率機制不滿足機床該考慮應(yīng)用,因為他們需要一個高齒輪傳動比。此外,他們訂一大批彎矩在支撐在飛機上了。我們進(jìn)一步消除RPR從我們的考慮,對結(jié)構(gòu)的理由,它有一個有一個內(nèi)置可伸縮聯(lián)合帶來現(xiàn)存的局限性3.4章討論。圖9所示剩下的配置,即PRR型并聯(lián)機構(gòu),在上下文的軸分布討論在上一節(jié)中。這2004也指出,費雷拉以一種特殊的configuration-when關(guān)節(jié)1和2,如圖9相吻合,提出了正運動學(xué)求解的這種機制也可以解決(23)閉合形式。我們不利用這些特性在我們的電機這些關(guān)節(jié)的組合帶來其他的挑戰(zhàn)相關(guān),支承設(shè)計上之間的碰撞。HYPERLINK/science?_

42、ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image=fig9&_ba=9&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=4c80f581929c321b4469980471750d8aoFul

43、l-sizeimage(26K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(26K)圖9。PRR式組合結(jié)構(gòu)。觀點在第三5。MIT-SS-1混合斯圖爾特平臺的機器我們設(shè)計了五軸數(shù)控銑床MIT-SS-1(被稱為基于混合機制理念上面所述,減少復(fù)雜性和誤差將軸運動與一架飛機(24)。這臺機器正在建設(shè)中,在麻省理工學(xué)院。圖10顯示的實體模型和工作MIT-SS-1原型為多編造的。平面并聯(lián)機構(gòu)安裝在垂直平面并且串聯(lián)機構(gòu)安裝在水平面。MIT-SS-1的研制開發(fā)了適用的小部件mm3小于6.0106、機器容量很小(0.9米1.0mD:W1.5米H)。這臺機器量的商業(yè)五軸銑床一般的范圍很廣,從15到

44、500立方米。機體結(jié)構(gòu)由兩個簡單的長方形石塊的固體花崗石?；◢弾r具有良好的阻尼和熱穩(wěn)定性。然而,花崗巖的楊氏模量低于材料用于機床框架,所以部分需要是非常巨大。SS-MIT-1框架結(jié)構(gòu)剛度就是這么簡單,可提高簡單的通過增加厚度的花崗石。垂直塊水平座和連接。該驅(qū)動器安裝在框架使他們沒有承擔(dān)自己的重量。所有軌并行結(jié)構(gòu)安裝在同一plane-this降低了一個重要的挑戰(zhàn)平面斯圖爾特平臺,即over-constraint。我們將分析這個問題更小心以后。一個人一旦鐵路裝配、其他軌可以安裝精確,而且非常容易,使用馬車的本身作為夾具,因為所有的欄桿上的垂直平面都需要平行。通過這種方式,制造誤差可降低到最小程度。

45、HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image=fig10&_ba=10&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=6b07340a2b2dca0

46、2eff30623b1aa151doFull-sizeimage(60K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(60K)圖10。MIT-SS-1,PRR的數(shù)控銑床式組合。(a)MIT-SS-1的實體模型。(b)原型。觀點在第三在選擇配置這臺機器,我們展示出了我們?nèi)绾慰梢员苊庖恍┲匾倪\動學(xué)和結(jié)構(gòu)上的問題。我們現(xiàn)在檢查的逆運動學(xué)的剛度(和奇異點),工作場所,逆轉(zhuǎn)特點和over-constraint問題這臺機器。5.1。運動學(xué)通常,系列機制有簡單的正運動學(xué)和并行機制有簡單的(但不是意義)的逆運動學(xué)分析。在MIT-SS-1系統(tǒng)、機制以及并聯(lián)機構(gòu)成立。MIT-SS-1系列機理,提

47、出了基本都是逆運動學(xué)分析。平面并聯(lián)機構(gòu),如圖10具有更為復(fù)雜的運動學(xué)分析。我們得到的逆運動學(xué)這里自控方面的應(yīng)用。一個封閉的形式解正運動學(xué)沒有被人發(fā)現(xiàn)。圖11顯示MIT-SS-1原理圖。讓i制作的坐標(biāo)的執(zhí)行機構(gòu)。從圖11(a),我們可以獲得矢量方程組得到積極的關(guān)節(jié)角:(16),這些符號是顯示在圖11(a)。從圖11(b),協(xié)調(diào)工作表,可旋轉(zhuǎn)矩陣表示和矢量關(guān)系。(17),HYPERLINK/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image=fig11&_ba=11&_user=4571522&_cove

48、rDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=b2effe2602dfa910f518bda25644b613oFull-sizeimage(45K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(45K)圖11。MIT-SS-1原理圖。(a)一個平行結(jié)構(gòu)豎向飛機。(b)一個串行結(jié)構(gòu)在水平面。

49、觀點在第三從式。(17),可以寫成(18)這個匯流,伴隨在街道可以衍生在接下來的方程:(19)(20)(21)出36:15每支撐,李、是固定的,導(dǎo)致MIT-SS-1的逆運動學(xué)的。致動器的坐標(biāo),1,2,3,可以從理論上來講是參考坐標(biāo)x,z。b:(22)(23)(24)Eqs。(22歲),(3)和(24)表明,有兩根為每個動,這說明,一共有8可能的配置存在和圈梁每一個預(yù)期工具的位置。圖12(a)顯示了所有可能的配置方法為每個支撐。所有的移動塊要高于機器人末端,避免沖撞,對機械部件安裝在水平面。在這一限制,我們可以選擇一種獨特的配置在8個可能的配置方法。HYPERLINK/science?_ob=M

50、iamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_image=fig12&_ba=12&_user=4571522&_coverDate=10%2F31%2F2009&_rdoc=1&_fmt=full&_orig=gateway&_cdi=5761&_issn=01416359&_pii=S0141635908001554&view=c&_acct=C000063453&_version=1&_urlVersion=0&_userid=4571522&md5=0cc589938f2a3ff12956cecc195cff7doFull-

51、sizeimage(43K)-OpensnewwindowFull-sizeimage(43K)圖12。運動學(xué)分析。(a)可能的配置方法。(b)奇異的地圖。觀點在第三致動器的協(xié)調(diào),4維度,沿著使用,可制得的情緒智商。(18分)。致動器的協(xié)調(diào)5等于表定位、,如下:(25)HYPERLINK/science?_ob=MathURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_mathId=mml56&_user=4571522&_cdi=5761&_pii=S0141635908001554&_rdoc=1&_issn=01416359&_acct=C000063

52、453&_version=1&_userid=4571522&md5=a947b17803d252339e856826bb1153afoClicktoviewtheMathMLsource4=ywcos(a)zwsin(a)h2sin(a)(26)HYPERLINK/science?_ob=MathURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_mathId=mml57&_user=4571522&_cdi=5761&_pii=S0141635908001554&_rdoc=1&_issn=01416359&_acct=C000063453&_versio

53、n=1&_userid=4571522&md5=d084e998ae59d8e1a88b0c34795dacfeoClicktoviewtheMathMLsource5=a現(xiàn)在,所有坐標(biāo)可以執(zhí)行機構(gòu)的桌子來表達(dá)的坐標(biāo)。每當(dāng)桌上執(zhí)行機構(gòu)的基礎(chǔ)上,給出了坐標(biāo)的對應(yīng)易得出Eqs。(22歲),(23個),(24歲),(25)和(26)。區(qū)分這些方程式就時間給了我們的逆雅可比矩陣顯示如下。表2包括MIT-SS-1的空間信息的。(27)_表2。MIT-SS-1空間信息的。HYPERLINK/science?_ob=MathURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&

54、_mathId=mml1&_user=4571522&_cdi=5761&_pii=S0141635908001554&_rdoc=1&_issn=01416359&_acct=C000063453&_version=1&_userid=4571522&md5=3d4a6474cfbe099827ace2f57747af8aoClicktoviewtheMathMLsourcew10.2975ml10.4mt0.15mh10.1mHYPERLINK/science?_ob=MathURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_mathId=mml2&_u

55、ser=4571522&_cdi=5761&_pii=S0141635908001554&_rdoc=1&_issn=01416359&_acct=C000063453&_version=1&_userid=4571522&md5=b62b907ef5ef0c55671ebdf54b7ef27foClicktoviewtheMathMLsourcew20.3075ml20.4mr0.095mh20.1mHYPERLINK/science?_ob=MathURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_mathId=mml3&_user=4571522&_c

56、di=5761&_pii=S0141635908001554&_rdoc=1&_issn=01416359&_acct=C000063453&_version=1&_userid=4571522&md5=1551d8a433cc931979346f0782685d72oClicktoviewtheMathMLsourcew30.1575ml30.475mp0.095m全尺寸表觀點在第三驅(qū)動器和運動奇點的角度,分析了MIT-SS-1通過設(shè)置的決定性力量及其逆雅可比矩陣為零的分別。(28)HYPERLINK/science?_ob=MathURL&_method=retrieve&_udi=B6V

57、4K-4V7624M-1&_mathId=mml59&_user=4571522&_cdi=5761&_pii=S0141635908001554&_rdoc=1&_issn=01416359&_acct=C000063453&_version=1&_userid=4571522&md5=0e1d2618fc35357a536925e7a88771beoClicktoviewtheMathMLsource|J|=0(29)HYPERLINK/science?_ob=MathURL&_method=retrieve&_udi=B6V4K-4V7624M-1&_mathId=mml60&_user

58、=4571522&_cdi=5761&_pii=S0141635908001554&_rdoc=1&_issn=01416359&_acct=C000063453&_version=1&_userid=4571522&md5=3bc002c513a2f031ccb9a9d19847e12eoClicktoviewtheMathMLsource|J1|=0圖12(b)顯示MIT-SS-1奇異的地圖在x-B空間。運動奇點發(fā)生在b等于90,x任何價值。在實線圖12(b)顯示驅(qū)動器奇性。當(dāng)機器人末端在實線,這三個分機線路上的一點和見面的結(jié)構(gòu)不能抵抗的力量;這就是所謂的“轉(zhuǎn)矩奇異點。名義work-spa

59、ce被描述為一個長方形陰影盒。從圖12(b),我們知道工作區(qū)不包括一個奇異點。然而,結(jié)構(gòu)剛度致動器的奇異性更近了,下面討論。5.2.。剛度分析我們就限制我們的注意平行結(jié)構(gòu),因為它是更柔順的兩種結(jié)構(gòu)。整體剛度的機械結(jié)構(gòu)大多取決于因為關(guān)節(jié)接頭剛度通常最適應(yīng)元素在這些機器。有幾個工程方式增加剛度、如使用預(yù)緊力,并利用滾子軸承代替球軸承。我們使用直線運動系統(tǒng)棱鏡馬車圓柱滾子關(guān)節(jié)和圓錐滾子軸承轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。在x-剛度和z-directions分析,研究一種新的雅可比矩陣Jst,就l1,外語,l3和單元剛度的機器。有圓錐滾子軸承的兩端各支撐。徑向預(yù)變形,滾子軸承是成正比的(裝)0.9(25)。簡單來說,我們假

60、設(shè)撓度和load-relation為線性。因此我們能考慮滾子軸承為線性彈簧。讓軸承剛度實驗是在一邊,軸承剛度證交所(kse)的移動閉塞,一邊是基于知識空間的智能信息檢索的剛度是益智上。在街道的目的是為了抵制只有壓縮或者延長部隊在面(盡管他們將根據(jù)out-of-plane負(fù)荷)。因為所有的軸承與,整體剛度的串行地與支撐,氣,可以寫成(30)整體結(jié)構(gòu)剛度系統(tǒng),也可顯示出在哪里是一個對角矩陣的益智的益智氣,元素(我,我)=的吻。位移向量x-、z-B-axis可以衍生使用整體結(jié)構(gòu)剛度和應(yīng)用外負(fù)載。(31)我們假設(shè)的位置反饋控制移動閉塞的位置是理想的,這就意味著剛度的直線導(dǎo)軌系統(tǒng)是無限的,移動塊固定在z