[發(fā)明專利]一種6軸嵌入式數(shù)控系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711016200.6
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107491042A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧俊
• 申請（專利權(quán)）人: 盧俊
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)控技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種６軸嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單成本低，安裝、維護(hù)和升級方便，尤其是雙核運(yùn)動控制微處理器性能高，縮短運(yùn)算時間，降低插補(bǔ)周期、極大提高插補(bǔ)效率與插補(bǔ)精度。

背景技術(shù)

數(shù)控系統(tǒng)是一種利用數(shù)字信號對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度和動作順序等實(shí)現(xiàn)自動控制的控制系統(tǒng)，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的G指令，可以實(shí)現(xiàn)快速定位、逆圓插補(bǔ)、順圓插補(bǔ)、中間點(diǎn)圓弧插補(bǔ)、半徑編程、跳轉(zhuǎn)加工等。廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、智能化加工技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)，包括各類數(shù)控檢測設(shè)備、數(shù)控加工設(shè)備、串并聯(lián)機(jī)器人等自動化設(shè)備。

數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，目前多采用基于PC(個人電腦)的系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的形式。

基于PC的系統(tǒng)又分為兩大類：1）使用高速現(xiàn)場總線；2）“PC+運(yùn)動控制卡”。高速現(xiàn)場總線即PC機(jī)端通過通訊線纜走總線協(xié)議與控制板卡連接；PC+運(yùn)動控制卡即將運(yùn)動控制卡插入電腦主機(jī)PCI插槽中。

目前的數(shù)控系統(tǒng)普遍存在以下缺點(diǎn)：

基于PC使用高速現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng)，很多總線協(xié)議裁剪復(fù)雜，開發(fā)周期長，開發(fā)成本高；對已有的伺服驅(qū)動器基本不兼容，無法通信。

PC+運(yùn)動控制卡式的數(shù)控系統(tǒng)需要將運(yùn)動控制卡插入計算機(jī)主板，占用PCI總線帶寬，占用CPU資源，對控制主機(jī)的硬件要求高。還需要從PCI卡上引出控制線連接到擴(kuò)展卡，成本高，引出腳的數(shù)量也相當(dāng)有限，硬件不可裁剪，可擴(kuò)展性不強(qiáng)。

嵌入式數(shù)控系統(tǒng)受所選核心處理器芯片的性能限制，其運(yùn)算能力和存儲容量有限，造成升級、擴(kuò)展困難。整機(jī)系統(tǒng)開發(fā)周期長，跟不上芯片更新?lián)Q代的速度。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種6軸嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，所述系統(tǒng)選用高性能的核心處理器，核心板與擴(kuò)展底板獨(dú)立分離的方法，可以解決傳統(tǒng)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算能力和存儲容量有限，升級、擴(kuò)展困難，整機(jī)系統(tǒng)開發(fā)周期長的問題，由于軟硬件上都無需PC機(jī)參與工作，還大大降低整機(jī)成本。所述嵌入式系統(tǒng)通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種6軸嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，包括人機(jī)交互界面、核心板、擴(kuò)展底板；所述的核心板包括雙核微處理器、GPMC接口，HDMI接口，以太網(wǎng)接口，Micro SD卡接口；所述的擴(kuò)展底板包括可實(shí)現(xiàn)6軸脈沖控制與反饋信號接口的FPGA以及外圍接口電路；所述的人機(jī)交互界面通過HDMI接口與核心板連接；所述的核心板通過GPMC接口與擴(kuò)展底板相連；所述的雙核微處理器，內(nèi)部集成高性能的ARM核與DSP核，ARM核主要用于與人機(jī)界面數(shù)據(jù)交互、界面刷新，數(shù)控G指令預(yù)讀與解析，DSP核主要負(fù)責(zé)區(qū)域運(yùn)動控制與插補(bǔ)運(yùn)算；所述的雙核芯片的GPMC接口配置為異步模式并設(shè)置NOR FLASH、非地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的模式與擴(kuò)展底板通信，實(shí)現(xiàn)將插補(bǔ)數(shù)據(jù)傳送至FPGA，進(jìn)而通過外圍電路控制6軸的同步插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動，完成復(fù)雜曲線曲面的插補(bǔ)。

優(yōu)選地，所述的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)，包括人機(jī)交互界面、核心板、擴(kuò)展底板。核心板與擴(kuò)展底板相互獨(dú)立，通過標(biāo)準(zhǔn)歐式396（3排96針）插頭與插座、螺母銅柱連接固定。

優(yōu)選地，所述的核心板包括雙核微處理器、GPMC接口，HDMI接口，以太網(wǎng)接口，Micro SD卡接口。所述以太網(wǎng)接口可用于系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、維護(hù)與升級，所述Micro SD卡接口可用于擴(kuò)展存儲空間或系統(tǒng)升級。

優(yōu)選地，所述的擴(kuò)展底板包括可實(shí)現(xiàn)6軸脈沖控制與反饋信號接口的FPGA以及外圍接口電路。

優(yōu)選地，所述的人機(jī)交互界面通過HDMI接口與核心板連接；所述的核心板通過GPMC接口與擴(kuò)展底板通信。

優(yōu)選地，所述的高性能雙核處理器主控芯片為TMS320DM8148或TMS320DM8168，內(nèi)部集成了1GHz主頻Cortex-A8 ARM核與800M主頻C674x的DSP核。

優(yōu)選地，所述的雙核處理器內(nèi)部分工合作：ARM核主要用于人機(jī)界面數(shù)據(jù)交互與界面刷新、數(shù)控G指令預(yù)讀與處理；DSP核主要進(jìn)行運(yùn)動控制軌跡規(guī)劃、運(yùn)動控制算法處理、插補(bǔ)運(yùn)算，并將插補(bǔ)值填入插補(bǔ)緩沖區(qū)，DSP核帶浮點(diǎn)運(yùn)算庫，運(yùn)算速度快，可將插補(bǔ)周期縮小至25微秒；ARM核與DSP核內(nèi)部直接通過共享內(nèi)存進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交互。

優(yōu)選地，所述雙核芯片的GPMC接口配置為異步模式并設(shè)置NOR FLASH、非地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的模式與FPGA擴(kuò)展底板通信，將插補(bǔ)數(shù)據(jù)傳送至FPGA。