CN213457722U - 基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，包括芯片模块、触控显示屏、无线遥控器、变频器和若干个步进/伺服电机；触控显示屏、无线遥控器、变频器和步进/伺服电机分别与芯片模块通信连接；芯片模块包括设置在基于LinuxCNC嵌入式开发板的主控芯片和协处理器。本实用新型提供的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，通过采用主控芯片与协处理器搭配的芯片模块，能够搭载应用Linux操作系统，扩展性比单片机好，界面定制化方便灵活，在该平台硬件上可开发各种不同的非标数控界面，以适配用户的需求，开发成本远远低于工控机方案，因此向下可与单片机方案进行市场竞争，向上可以与工控机方案进行市场竞争，应用范围广泛。

Description

基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置

技术领域

本实用新型涉及数控机床控制设备领域，特别是涉及一种基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置。

背景技术

目前，国内主流的数控产品的实现架构主要有单片机方案和工控机方案两种。其中，单片机方案成本低，但无法完成复杂的数控工艺要求，用户界面的开发和维护也比较困难。工控机方案则与之相反，能够实现复杂的数控工艺要求，但实现成本比较高。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置。

本实用新型申请提供的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，包括芯片模块、触控显示屏、无线遥控器、变频器和若干个步进/伺服电机；所述触控显示屏、所述无线遥控器、所述变频器和所述步进/伺服电机分别与所述芯片模块通信连接；所述芯片模块包括设置在基于LinuxCNC嵌入式开发板的主控芯片和协处理器，所述主控芯片与所述协处理器通信连接。

在其中一个实施例中，所述主控芯片采用AM335X微处理器，协处理器采用嵌入式单片机。

在其中一个实施例中，还包括USB接口，所述USB接口与所述芯片模块电连接。

本实用新型的实施例中提供的技术方案带来如下有益技术效果：

本实用新型提供的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，通过采用主控芯片与协处理器搭配的芯片模块，能够搭载应用Linux操作系统，扩展性比单片机好，界面定制化方便灵活，在该平台硬件上可开发各种不同的非标数控界面，以适配用户的需求，开发成本远远低于工控机方案，因此向下可与单片机方案进行市场竞争，向上可以与工控机方案进行市场竞争，应用范围广泛。

本申请附加的方面和优点将在后续部分中给出，并将从后续的描述中详细得到理解，或通过对本实用新型的具体实施了解到。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置的结构框架示意图；

图2为本实用新型一实施例中芯片模块的结构框架示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的可能的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文已经通过附图描述的实施例。通过参考附图描述的实施例是示例性的，用于使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面，而不能解释为对本实用新型的限制。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本实用新型的特征是非必要技术的，则可能将这些技术细节予以省略。

相关领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案以及该技术方案如何解决上述的技术问题进行详细说明。

本实用新型申请提供的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，如图1所示，包括芯片模块、触控显示屏、无线遥控器、变频器和若干个步进/伺服电机；触控显示屏、无线遥控器、变频器和步进/伺服电机分别与芯片模块通信连接；芯片模块包括设置在基于LinuxCNC嵌入式开发板的主控芯片和协处理器，主控芯片与协处理器通信连接。

LinuxCNC是一个在Linux下运行的开源数控解决方案，是美国标准与技术研究院研制的一套用于机器人与通用数控机床等运动控制的开放式数控系统，可控制6个直线轴和3个旋转轴。LinuxCNC可以提供对铣床、车床、3D打印机、激光切割机、等离子切割机和机器人手臂等各类行业的数控提供解决方案。步进/伺服电机指步进电机或伺服电机。

可选的，主控芯片采用AM335X微处理器，协处理器采用嵌入式单片机。本申请提供的机床控制装置的芯片模块中，主控芯片可具体采用ARM Cortex-A8架构的AM3358。AM3358在图像、图形处理、外设以及EtherCAT和PROFIBUS等工业接口选项方面得到了增强，该芯片也支持高级操作系统。

针对系统任务较多，经过分析，可具体选用性价比较高的STM32F103协处理器进行系统任务的分摊。STM32F103是意法半导体生产的芯片，用途广泛，使用ARM Cortex-M3架构，集成了非常丰富的接口，通信模块以及其他功能模块，实时性和功耗控制都比较好。如图2所示，协处理器的主要功能是负责将主控芯片计算出的运动轴位置变化转成脉冲输出到执行机构(步进电机或伺服电机)。此外还承担按键采样，I/O处理，编码器采样等任务。为节省成本，协处理器没有使用FPGA或CPLD，而是采用了价格便宜的STM32F103单片机芯片。

可选的，还包括USB接口，USB接口与芯片模块电连接。通过设置USB接口，能够扩展机床控制装置的信息通信接口。LinuxCNC通过Hal(硬件抽象层)进行驱动开发，作用是实现软件和硬件之间的交互和控制。在实时运动层面，驱动的核心功能是将运动轴当前位置的变化转换成数字量，并通过SPI协议传递给协处理器。

本实用新型提供的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，通过采用主控芯片与协处理器搭配的芯片模块，能够搭载应用Linux操作系统，扩展性比单片机好，界面定制化方便灵活，在该平台硬件上可开发各种不同的非标数控界面，以适配用户的需求，开发成本远远低于工控机方案，因此向下可与单片机方案进行市场竞争，向上可以与工控机方案进行市场竞争，应用范围广泛。

通过在本申请提供的LinuxCNC嵌入式开发平台上搭载的Linux操作系统，构建用户操作界面，即用户UI，该用户UI包括三个方面：INI配置、Hal配置脚本和LinuxCNC Python模块，其中LinuxCNC Python模块还包括linuxcnc模块、Hal模块和gcode模块。对于INI配置，对LinuxCNC的基础配置，比如需要调用的UI路径，开机画面，使用的轴数，长度计量单位，速度/加速度等设置。

对于Hal配置脚本，LinuxCNC提供运行中的各类运动Hal核心组件，及其下属的引脚。在Hal配置脚本中，可对这些系统引脚与Hal驱动内生成的引脚通过信号进行关联，以达到驱动硬件的目的。另外，Hal配置脚本还负责将Hal驱动创建的模块和其相关处理函数也添加到实时线程内。

LinuxCNC模块包含3个核心对象：运动命令对象，运动状态对象以及错误状态对象。运动命令对象的功能是向LinuxCNC传输命令。比如点动，回零，运行G代码文件等。运动状态对象的功能是获取LinuxCNC运行状态，比如当前位置，当前速度等。错误状态对象的功能是获取LinuxCNC的错误状态，当LinuxCNC运行发生错误时，比如触碰到了限位开关，那么可以从该对象中获取此类信息，并提示报警。

Hal模块允许用户界面创建自己的UI组件，以及下属引脚。比如1个画面按钮对应急停操作。那么需要创建相应的界面引脚，该引脚状态根据按钮操作进行更新，并把它通过信号关联到系统的急停引脚上。对于gcode模块，LinuxCNC提供标准的基于rs274标准的G代码解释器，用户界面可以通过gcode模块进行访问，同时通过该模块的回调得到相关的运动轨迹。

本申请提供的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置采用了一种能够将本身在工控机上运行的LinuxCNC移植到嵌入式平台上，在通过软件方法解决U-BOOT、设备树配置、系统内核优化和文件系统服务配置等核心问题后，大幅度削减平台构建成本并保留工控机方案的各项优点。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

应该理解的是，以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，其特征在于，包括芯片模块、触控显示屏、无线遥控器、变频器和若干个步进/伺服电机；所述触控显示屏、所述无线遥控器、所述变频器和所述步进/伺服电机分别与所述芯片模块通信连接；所述芯片模块包括设置在基于LinuxCNC嵌入式开发板的主控芯片和协处理器，所述主控芯片与所述协处理器通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，其特征在于，所述主控芯片采用AM335X微处理器，协处理器采用嵌入式单片机。

3.根据权利要求1所述的基于LinuxCNC嵌入式开发平台的机床控制装置，其特征在于，还包括USB接口，所述USB接口与所述芯片模块电连接。

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