[實(shí)用新型]基于DSP為核心控制器的開放式五軸數(shù)控系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320090490.X
• 申請(qǐng)日: 2013-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN203101927U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧永紅;曹樹坤;楊桓;陳加松;李葉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/414
• 分類號(hào): G05B19/414
• 代理公司: 濟(jì)南誠智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 王汝銀

本實(shí)用新型涉及一種五軸數(shù)控系統(tǒng)，具體地說是基于DSP為核心控制器的開放式五軸數(shù)控系統(tǒng)。

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志。數(shù)控系統(tǒng)正朝著柔性化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)封閉、模塊固定的傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)已不在滿足現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展要求，開放式數(shù)控系統(tǒng)成為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展主流。它在很大程度上提高了數(shù)控系統(tǒng)的性能，同時(shí)擴(kuò)展了數(shù)控系統(tǒng)的功能。此外，在高檔制造設(shè)備方面，五軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)是發(fā)達(dá)國家爭相發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)，是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的控制技術(shù)，它對(duì)提升我國的高端制造設(shè)備具有重要作用。因此，需要建立一個(gè)開放的五軸數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)。開放式數(shù)控系統(tǒng)并沒有具體的實(shí)現(xiàn)方式，最常見的實(shí)現(xiàn)方式是基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)。然而，數(shù)控系統(tǒng)本身具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)交互等特性，以PC為研究平臺(tái)的開方式數(shù)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能上存在局限性，而嵌入式系統(tǒng)在軟硬件平臺(tái)上迎合了數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

PC為基礎(chǔ)的開放式數(shù)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能上都存在很大局限性：所具備的開放性都是計(jì)算機(jī)本身固有的開放特征，沒有定制適合于數(shù)控系統(tǒng)的開放結(jié)構(gòu)，要完全依賴于PC的結(jié)構(gòu)體系框架；其次，在底層硬件設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)環(huán)境方面，PC計(jì)算機(jī)只是一個(gè)通用平臺(tái)，沒有迎合數(shù)控系統(tǒng)的特殊性要求。因此，不能很好的從軟硬件底層上搭建開放式數(shù)控平臺(tái)；操作端運(yùn)行是采用通用的操作系統(tǒng)，如DOS，Windows操作系統(tǒng)，DOS是一個(gè)單任務(wù)操作系統(tǒng)，無法滿足數(shù)控系統(tǒng)并行多任務(wù)的要求；Windows操作系統(tǒng)又過龐大和累贅，實(shí)時(shí)性存在很大的局限性。基于PC的數(shù)控系統(tǒng)往往功能強(qiáng)大，相對(duì)一些功能要求單一的簡單系統(tǒng)，就顯得有些大材小用，成本過高。

本實(shí)用新型提供了基于DSP為核心控制器的開放式五軸數(shù)控系統(tǒng)，能夠有效解決現(xiàn)有的五軸數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、響應(yīng)速度慢、可靠性低、靈活性差的問題。

為了解決上述問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：基于DSP為核心控制器的開放式五軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，包括控制端和執(zhí)行端，所述的控制端包括操作端、ARM模塊、觸摸屏、EEPROM、DSP模塊和儲(chǔ)存單元，所述的操作端通過數(shù)據(jù)線與ARM模塊連接，ARM模塊與觸摸屏連接，ARM模塊與DSP模塊之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)通信連接，DSP模塊還分別與EEPROM和儲(chǔ)存單元連接；所述的執(zhí)行端包括電機(jī)控制板、伺服電機(jī)、五軸數(shù)控機(jī)床、PGA、A/D轉(zhuǎn)換模塊、電液伺服閥和D/A轉(zhuǎn)換模塊，所述的電機(jī)控制板、A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊分別連接到DSP模塊上，所述的伺服電機(jī)分別連接電機(jī)控制板和五軸數(shù)控機(jī)床，所述的PGA分別連接A/D轉(zhuǎn)換模塊和五軸數(shù)控機(jī)床，所述的電液伺服閥分別連接D/A轉(zhuǎn)換模塊和五軸數(shù)控機(jī)床，所述的五軸數(shù)控機(jī)床通過電纜與DSP模塊連接。

優(yōu)選的，所述的ARM模塊是型號(hào)為S3C2410的ARM芯片。

優(yōu)選的，所述的DSP模塊是TI公司生產(chǎn)的32位浮點(diǎn)DSP控制器TMS320F28335。

優(yōu)選的，所述的儲(chǔ)存單元為以下三種存儲(chǔ)設(shè)備中的一種或多種：IDE硬盤、FLASH和內(nèi)存。

優(yōu)選的，所述五軸數(shù)控機(jī)床與DSP模塊之間的電纜采用具有光電隔離功能的電纜。

優(yōu)選的，所述的CAN總線采用獨(dú)立的CAN總線控制器MCP2510和CAN總線收發(fā)器TJA1050。

優(yōu)選的，所述的CAN總線采用獨(dú)立的CAN總線控制器MCP2510和CAN總線收發(fā)器TJA1050。

本實(shí)用新型的有益效果是：該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、可靠性高、靈活性好，能夠更好的滿足機(jī)械加工中的更高要求，提高數(shù)控機(jī)床使用安全性和效率。

圖1是本實(shí)用新型原理結(jié)構(gòu)框圖。

如圖1所示，該實(shí)用新型的五軸數(shù)控系統(tǒng)包括控制端和執(zhí)行端，所述的控制端包括操作端、ARM模塊、觸摸屏、EEPROM（電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器）、DSP模塊和儲(chǔ)存單元，所述的操作端通過數(shù)據(jù)線與ARM模塊連接，ARM模塊與觸摸屏連接，通過觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控操作進(jìn)程，ARM模塊與DSP模塊之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)通信連接，DSP模塊還分別與EEPROM和儲(chǔ)存單元連接，并通過EEPROM對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行編輯、設(shè)置、修改等一系列管理。

優(yōu)選的，所述的ARM模塊是型號(hào)為S3C2410的ARM芯片，用來負(fù)責(zé)各種接口通信與人機(jī)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與發(fā)送。

優(yōu)選的，所述的DSP模塊是TI公司生產(chǎn)的32位浮點(diǎn)DSP控制器TMS320F28335，主要負(fù)責(zé)各外設(shè)的控制，PID算法，以及與ARM平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交互。