專利名稱：基于arm9嵌入式系統(tǒng)及cpld的六軸聯(lián)動控制的方法
基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ARM9 (ARM9系列處理器是英國ARM公司設(shè)計的主流嵌入式處理器)嵌入式系統(tǒng)及CPLD (可編程邏輯器件)的六軸聯(lián)動控制的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的多軸聯(lián)動控制技術(shù)基于工控微機(jī)，經(jīng)過插補(bǔ)運(yùn)算得出六軸運(yùn)動坐標(biāo)的控制脈沖和運(yùn)動方向的插補(bǔ)值，然后輸出到伺服電動機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)，驅(qū)動六軸電動機(jī)，實現(xiàn)復(fù)雜軌跡控制。其中插補(bǔ)原理在實際加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬別，嚴(yán)格說來， 為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來生成，對于簡單的曲線數(shù)控系統(tǒng)可以比較容易實現(xiàn)，但對于較復(fù)雜的形狀，若直接生成會使算法變得很復(fù)雜，計算機(jī)的工作量也相應(yīng)地大大增加，因此，實際應(yīng)用中，常采用一小段直線或圓弧去進(jìn)行擬合就可滿足精度要求(也有需要拋物線和高次曲線擬合的情況)，這種擬合方法就是“插補(bǔ)”。由于工控微機(jī)是多任務(wù)工作系統(tǒng)，采用時間片輪轉(zhuǎn)控制的任務(wù)調(diào)度，可以執(zhí)行多任務(wù)但實時性差，在進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算和發(fā)出的六軸聯(lián)動控制信號過程中，會被工控微機(jī)的其他工作任務(wù)中斷，使得輸出的插補(bǔ)脈沖值和運(yùn)動方向信號被延時或中斷，造成六軸電動機(jī)運(yùn)動不平穩(wěn)和六軸聯(lián)動不實時，六軸伺服信號波動大，只能低速控制六軸伺服電動機(jī)聯(lián)動， 六軸聯(lián)動控制軌跡的精度低，無法實現(xiàn)六軸伺服電動機(jī)的高速平穩(wěn)控制。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，實現(xiàn)了六軸伺服電動機(jī)的平穩(wěn)、實時及高速聯(lián)動，實現(xiàn)復(fù)雜軌跡的六軸聯(lián)動運(yùn)動控制。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD (可編程邏輯器件)的六軸聯(lián)動控制的方法，包括提供一 ARM9嵌入式系統(tǒng)以及經(jīng)過總線與該系統(tǒng)連接的CPLD，采用基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)，進(jìn)行六軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)算，得出六軸運(yùn)動坐標(biāo)的控制脈沖和運(yùn)動方向的插補(bǔ)值，寫入CPLD的FIFO隊列中，并根據(jù)插補(bǔ)周期，將FIFO隊列中對應(yīng)的六軸脈沖插補(bǔ)值輸出到電動機(jī)的信號控制端口，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確的電動機(jī)伺服控制。本發(fā)明具有如下優(yōu)點采用實時性高的ARM9嵌入式系統(tǒng)和CPLD可編程邏輯器件控制技術(shù)，將六軸運(yùn)動坐標(biāo)的控制脈沖和運(yùn)動方向的插補(bǔ)值，寫入CPLD的FIFO隊列中，并根據(jù)插補(bǔ)周期，將FIFO隊列中對應(yīng)的六軸脈沖插補(bǔ)值輸出到電動機(jī)的信號控制端口。本發(fā)明提高了六軸伺服信號的實時控制，平穩(wěn)了伺服電動機(jī)的控制信號，保證了復(fù)雜軌跡的六軸聯(lián)動控制，并提高了控制精度。

圖1為基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制框圖。
圖2為本發(fā)明X、Y、Ζ、A、B、C六軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)算框圖。圖3X軸的插補(bǔ)時序示意圖。圖4Y軸的插補(bǔ)時序示意圖。圖兄軸的插補(bǔ)時序示意圖。圖6A軸的插補(bǔ)時序示意圖。圖7B軸的插補(bǔ)時序示意圖。圖8C軸的插補(bǔ)時序示意圖。
具體實施方式參照圖1所示，一種基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，包括提供一 ARM9嵌入式系統(tǒng)以及經(jīng)過總線與該系統(tǒng)連接的CPLD，采用基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)， 進(jìn)行六軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)算，得出六軸運(yùn)動坐標(biāo)的控制脈沖和運(yùn)動方向的插補(bǔ)值，寫入CPLD的 FIFO隊列中，并根據(jù)插補(bǔ)周期，將FIFO隊列中對應(yīng)的六軸脈沖插補(bǔ)值輸出到電動機(jī)的信號控制端口，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確的電動機(jī)伺服控制。如圖2所示，為本發(fā)明X、Y、Ζ、A、B、C六軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)算框圖，將所述的六軸的指令增量分別存放在各自的被積函數(shù)寄存器中，在每次的插補(bǔ)周期中分別與各自的積分累加器進(jìn)行累加，每次累加后均與各軸的存儲容量相比較，如超出，則該軸就溢出一脈沖當(dāng)量， 直到六軸均溢出各自的指令增量值為止。假設(shè)X、Y、Z、A、B、C 六軸的指令增量 Δχ、Ay、ΔΖ、Aa、Ab、Ac 分另 Ij 為:Δχ = 9，Δγ = -8, Δζ = 7, Aa = -6, Ab = 5，Δ c =-4，其單位均為脈沖當(dāng)量，正值為正向運(yùn)動，負(fù)值為反向運(yùn)動；對于直線坐標(biāo)X、Y、Z，其脈沖當(dāng)量可以是每脈沖運(yùn)行0. OOlmm(或 0.0001mm等)，對于回轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C，其脈沖當(dāng)量可以是每脈沖運(yùn)行0. 001度(或0. 01度等)。插補(bǔ)周期設(shè)定為At = 40微秒，按照如圖2所示的插補(bǔ)算法，設(shè)定各軸的積分累加器的容量為9，則X、Y、Z、A、B、C六軸各自的插補(bǔ)時序分別如圖3 圖8所示。從圖3 圖 8的插補(bǔ)時序可以看出，經(jīng)過10個插補(bǔ)周期，分別運(yùn)行了 Δχ = 9、Ay = -8、Δζ = 7、Aa =_6、Ab = 5、Ac = -4步(脈沖當(dāng)量)，而且從各軸的插補(bǔ)時序圖看出，各軸的溢出脈沖是均勻的。再采用CPLD器件，在CPLD中創(chuàng)建FIFO隊列，將上述的X、Y、Ζ、A、B、C六軸脈沖插補(bǔ)值Δχ、Ay、Δζ、Aa, Ab、Δ c (包括其運(yùn)動方向值)，不是立即輸出到電動機(jī)的信號控制端口，而是輸出到該FIFO隊列中，并記錄其插補(bǔ)周期值。其中ARM9嵌入式系統(tǒng)通過控制總線信號判斷FIFO隊列中的空、滿狀態(tài)，如為空則寫入，如為滿則掛起，等待不滿時再寫入，并順序排列到隊列中。一旦FIFO隊列中有插補(bǔ)數(shù)值，該CPLD就立即啟動其基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)脈沖計數(shù)周期到達(dá)插補(bǔ)周期時刻，則輸出FIFO中對應(yīng)的六軸脈沖插補(bǔ)值到電動機(jī)的信號控制端口，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確的電動機(jī)伺服控制。由此可見，CPLD中的FIFO—方面起到了脈沖輸出緩存的作用，另一方面通過計數(shù)運(yùn)算及硬件電路控制起到了實時準(zhǔn)確地輸出脈沖的目的。在本例中，經(jīng)過重復(fù)測試，得出六軸輸出脈沖的頻率變化結(jié)果如表1所示，表1為輸出脈沖頻率變化測試表。
權(quán)利要求
1.一種基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，包括提供一 ARM9嵌入式系統(tǒng)以及經(jīng)過總線與該系統(tǒng)連接的CPLD，其特征在于采用基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)，進(jìn)行六軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)算，得出六軸運(yùn)動坐標(biāo)的控制脈沖和運(yùn)動方向的插補(bǔ)值，寫入CPLD的FIFO 隊列中，并根據(jù)插補(bǔ)周期，將FIFO隊列中對應(yīng)的六軸脈沖插補(bǔ)值輸出到電動機(jī)的信號控制端口，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確的電動機(jī)伺服控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，其特征在于所述FIFO隊列中一旦有插補(bǔ)數(shù)值，該CPLD就立即啟動其基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)脈沖計數(shù)周期到達(dá)插補(bǔ)周期時刻，則輸出FIFO中對應(yīng)的六軸脈沖插補(bǔ)值到電動機(jī)的信號控制端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，其特征在于所述嵌入式系統(tǒng)通過控制總線信號判斷FIFO隊列中的空、滿狀態(tài)，如為空則寫入； 如為滿則掛起，等待不滿時再寫入，并順序排列到隊列中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，其特征在于所述的控制脈沖的頻率為100 200kHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，其特征在于六軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)算是將所述的六軸的指令增量分別存放在各自的被積函數(shù)寄存器中，在每次的插補(bǔ)周期中分別與各自的積分累加器進(jìn)行累加，每次累加后均與各軸的存儲容量相比較，如超出，則該軸就溢出一脈沖當(dāng)量，直到六軸均溢出各自的指令增量值為止。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于ARM9嵌入式系統(tǒng)及CPLD的六軸聯(lián)動控制的方法，包括提供一ARM9嵌入式系統(tǒng)以及經(jīng)過總線與該系統(tǒng)連接的CPLD，采用基于ARM9的嵌入式系統(tǒng)，進(jìn)行六軸聯(lián)動插補(bǔ)運(yùn)算，得出六軸運(yùn)動坐標(biāo)的控制脈沖和運(yùn)動方向的插補(bǔ)值，寫入CPLD的FIFO隊列中，并根據(jù)插補(bǔ)周期，將FIFO隊列中對應(yīng)的六軸脈沖插補(bǔ)值輸出到電動機(jī)的信號控制端口，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確的電動機(jī)伺服控制。本發(fā)明提高了輸出的插補(bǔ)脈沖值和運(yùn)動方向信號實時性和平穩(wěn)性，使六軸電動機(jī)均勻運(yùn)動，合成的高精度的運(yùn)動軌跡。
文檔編號G05B19/19GK102163045SQ20111000830
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者李光煬, 王桐森, 蔣新華, 陳興武 申請人:福建工程學(xué)院