[发明专利]一种6轴嵌入式数控系统

说明书

技术领域

本发明涉及数控技术与机电控制技术领域，具体涉及一种６轴嵌入式数控系统，系统结构简单成本低，安装、维护和升级方便，尤其是双核运动控制微处理器性能高，缩短运算时间，降低插补周期、极大提高插补效率与插补精度。

背景技术

数控系统是一种利用数字信号对执行机构的位移、速度、加速度和动作顺序等实现自动控制的控制系统，运行标准的G指令，可以实现快速定位、逆圆插补、顺圆插补、中间点圆弧插补、半径编程、跳转加工等。广泛应用于机器人、智能化加工技术和CAD/CAM技术，包括各类数控检测设备、数控加工设备、串并联机器人等自动化设备。

数控系统的实现，目前多采用基于PC(个人电脑)的系统和嵌入式系统的形式。

基于PC的系统又分为两大类：1）使用高速现场总线；2）“PC+运动控制卡”。高速现场总线即PC机端通过通讯线缆走总线协议与控制板卡连接；PC+运动控制卡即将运动控制卡插入电脑主机PCI插槽中。

目前的数控系统普遍存在以下缺点：

基于PC使用高速现场总线的数控系统，很多总线协议裁剪复杂，开发周期长，开发成本高；对已有的伺服驱动器基本不兼容，无法通信。

PC+运动控制卡式的数控系统需要将运动控制卡插入计算机主板，占用PCI总线带宽，占用CPU资源，对控制主机的硬件要求高。还需要从PCI卡上引出控制线连接到扩展卡，成本高，引出脚的数量也相当有限，硬件不可裁剪，可扩展性不强。

嵌入式数控系统受所选核心处理器芯片的性能限制，其运算能力和存储容量有限，造成升级、扩展困难。整机系统开发周期长，跟不上芯片更新换代的速度。

发明内容

针对以上嵌入式数控系统的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种6轴嵌入式数控系统，所述系统选用高性能的核心处理器，核心板与扩展底板独立分离的方法，可以解决传统嵌入式数控系统运算能力和存储容量有限，升级、扩展困难，整机系统开发周期长的问题，由于软硬件上都无需PC机参与工作，还大大降低整机成本。所述嵌入式系统通过以下技术方案来实现的：

一种6轴嵌入式数控系统，包括人机交互界面、核心板、扩展底板；所述的核心板包括双核微处理器、GPMC接口，HDMI接口，以太网接口，Micro SD卡接口；所述的扩展底板包括可实现6轴脉冲控制与反馈信号接口的FPGA以及外围接口电路；所述的人机交互界面通过HDMI接口与核心板连接；所述的核心板通过GPMC接口与扩展底板相连；所述的双核微处理器，内部集成高性能的ARM核与DSP核，ARM核主要用于与人机界面数据交互、界面刷新，数控G指令预读与解析，DSP核主要负责区域运动控制与插补运算；所述的双核芯片的GPMC接口配置为异步模式并设置NOR FLASH、非地址数据线复用的模式与扩展底板通信，实现将插补数据传送至FPGA，进而通过外围电路控制6轴的同步插补，实现多轴联动，完成复杂曲线曲面的插补。

优选地，所述的嵌入式数控系统，包括人机交互界面、核心板、扩展底板。核心板与扩展底板相互独立，通过标准欧式396（3排96针）插头与插座、螺母铜柱连接固定。

优选地，所述的核心板包括双核微处理器、GPMC接口，HDMI接口，以太网接口，Micro SD卡接口。所述以太网接口可用于系统远程监控、维护与升级，所述Micro SD卡接口可用于扩展存储空间或系统升级。

优选地，所述的扩展底板包括可实现6轴脉冲控制与反馈信号接口的FPGA以及外围接口电路。

优选地，所述的人机交互界面通过HDMI接口与核心板连接；所述的核心板通过GPMC接口与扩展底板通信。

优选地，所述的高性能双核处理器主控芯片为TMS320DM8148或TMS320DM8168，内部集成了1GHz主频Cortex-A8 ARM核与800M主频C674x的DSP核。

优选地，所述的双核处理器内部分工合作：ARM核主要用于人机界面数据交互与界面刷新、数控G指令预读与处理；DSP核主要进行运动控制轨迹规划、运动控制算法处理、插补运算，并将插补值填入插补缓冲区，DSP核带浮点运算库，运算速度快，可将插补周期缩小至25微秒；ARM核与DSP核内部直接通过共享内存进行快速数据交互。

优选地，所述双核芯片的GPMC接口配置为异步模式并设置NOR FLASH、非地址数据线复用的模式与FPGA扩展底板通信，将插补数据传送至FPGA。