专利名称：基于串联数控系统上实现混联控制的数控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混联数控制系统，尤其涉及一种在串联数控系统上实现混联控制的数控系统。
背景技术：
并联机构机床实质上是并联机器人技术与机床技术相结合的产物，从1994年美国开发出并联机构机床以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，被誉为“21世纪的机床。并联机构和串联机构相比，具有刚度高、响应速度快及运动精度高等优点，因此受到学术界和产业界的关注，虽然并联机构具有上述诱人的优点，但它又同时有运动范围小的缺点，特别是回程运动范围有限，而这些缺点正是串联机构机床的优点，所以并联、串联同时采用的混联式数控机床更具实用价值。串并混联机构技术现在相对比较成熟，但是串并混联控制系统由于其控制上的复杂程度严重制约了混联机构应用推广。目前有很多高校和研究机构开展混联系统的研究，但都集中在混联控制算法本身，或者是混联数控系统的设计，混联控制系统设计是复杂的系统工程，它涉及到软件学、控制学和系统工程学等各方面的知识和技术。完整的开发混联控制系统导致开发周期长，整个复杂系统稳定性验证困难。不能复用现有的成熟的串联控制系统。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种在传统的串联数控系统控制回路的路径上截取控制信号，该控制信号是串联系统笛卡尔坐标信号，通过串并混联算法模块对该信号进行处理，把笛卡尔坐标系下的串联信号(虚坐标)映射为物理轴上的坐标信号(实坐标)，完成虚实坐标变换，实现混联机床的控制实现混联系统。一种基于串联数控系统上实现混联控制的数控系统，包括人机交互单元，用于接收用户在笛卡尔坐标系下编译的虚轴数据程序，并将系统信息显示出来供用户察看及使用；解释模块，用于对人机交互单元输入的数控程序进行解释，将编程指令翻译成各轴运动指令，插补模块，用于在接收解释模块给出的运动指令后，对运动指令进行插补，得到各对应轴的插补数据，并在每完成一次插补后生成一个插补结束标志，同时将插补数据和结束标志存储在插补数据缓冲单元中；插补数据缓冲单元，用于存储插补模块发送过来的插补数据和结束标志，并在每间隔一个插补周期后将上述数据送入运动输出单元中；运动输出单元，用于接收插补数据缓冲单元发送过来的数据，并输出到电机上，对电机运动进行控制；其特征在于还包括，循环检测单元，用于检测插补数据缓冲单元中存储的插补结束标志，并将在每次检测到插补结束标志后通知插补数据存储单元对本次插补周期的数据进行提取；插补数据存储单元，用于在接收到循环检测单元发来的通知后对插补数据缓冲单元中的插补周期数据进行存储；并联轴数据判断单元，用于判断插补数据存储单元中的各插补数据是否并联轴数据，对不包含并联轴数据，则不做任何处理直接将数据返回插补数据缓冲单元，如果得到的数据有并联轴数据，将数据送入反解算法单元进行处理；反解算法单元，用于对并联轴数据判断单元传送过来的数据进行反解运算，将插补模块得出的虚坐标轴插补数据转化为对应实坐标轴数据；实轴数据存储单元，用于对反解算法单元处理后的实坐标轴数据进行缓冲，并待本次插补周期的数据处理完后，将上述实坐标轴数据送入插补数据缓冲单元中实坐标轴数据对应的虚坐标轴存储位置中；所述人机交互单元同解释模块相连接向其输入的数控程序，所述插补模块同解释模块相连接对解释模块翻译后的各轴运动指令进行插补；所述插补数据缓冲单元分别同循环检测单元、插补数据存储单元、并联轴数据判断单元、实轴数据存储单元及运动输出单元相连接；所述循环检测单元同插补数据存储单元相连接用于检测到插补结束标志后通知插补数据存储单元对本次插补周期的数据进行提取，所述插补数据存储单同并联轴数据判断单元相连接；所述并联轴数据判断单元同反解算法单元相连接，所述反解算法单元同实轴数据存储单元相连接。本发明提出的设计方法是基于成熟串联机床控制系统实现混联的，同现有技术相比其优点是显而易见的，具体如下由于串联数控系统是当前机床控制的主流产品，在世界上历经60年左右时间的发展已经培育了一个庞大产业集群及其用户群体，在串联数控系统上实现混联控制符合产业发展和用户习惯。串联控制系统技术相对比较成熟，在串联数控系统上开发混联系统比较容易实现稳定可靠的系统，而且开发时间大大缩短。在传统的串联数控系统控制回路的路径上，截取控制信号，根据控制回路的具体情况控制信号的截取可以选择在插补模块之前实现，也可以在插补模块输出之后实现。该控制信号是串联系统笛卡尔坐标信号，通过串并混联算法模块对该信号进行处理，把笛卡尔坐标系下的串联信号(虚坐标)映射为物理轴上的坐标信号(实坐标)，完成虚实坐标变换，实现混联机床的控制。通过这种方法，串并混联控制算法可以仅仅关心虚实坐标变换本身，而不涉及到系统的代码编辑、解释、预读、插补等复杂功能，因为这些功能是串联数控系统上的功能，只要串联数控系统具备的功能，用这种方法开发出来的混联数控系统就具备。基于这种方法可以在同一个串联系统上，根据不同的混联机构通过选择配置的方法选取相应的虚实变换模块，实现不同混联机构的控制。由于实现方案简单、便于生产和对现有数控机床的改进，适于在已成熟的串联数控系统中广泛推广。
图1为本发明所述系统实施例的结构框图；图2为本发明所述方法实施例的流程图。
具体实施方式
本发明是在通用串联控制系统中实现混联的控制系统，传统串联控制系统由人机交互、解释、插补以及运动输出几大部分组成，而改混联控制系统是在串联控制系统的插补模块后加入了一个虚实变换模块，这种实现方法最大限度的利用了已有资源，并且实现起来非常方便。如图1所示为一种基于串联数控系统上实现混联控制的数控系统，包括为进一步描述该系统的应用，下面结合附图2详细的说明在通用串联数控系统上实现混联运动控制的实现。首先，通过人机交互单元将NC程序输入到该数控系统中。程序启动后，数控系统读取程序并通过解释模块对数控程序进行解释，将编程指令翻译成各轴运动指令。当插补模块获得解释模块给出的运动指令后，系统对运动指令进行插补，得到各对应轴的插补数据。插补模块每完成一次插补后就会给出一个标志，当系统检测到该标志后会进入插补事件，在插补事件中可加入并联控制算法，对于并联轴来说，数控程序是按照虚坐标进行编程的，因此，插补模块得到的并联轴插补值应该是笛卡尔坐标系下的虚坐标值，因此需要在插补事件中将并联轴插补数据转换到各运动执行部件上去。(上述标志由系统中的循环检测单元进行检测，一旦检测到就立即通知插补数据存储单元对本次插补周期的数据进行提取。)系统接收到插补事件后判断运动轴中是否包含有并联轴，如果未发现存在并联轴，则立即跳出插补事件，系统将插补模块计算得到的数据直接送到运动控制模块，经运动控制模块送到各驱动器来控制执行机构运动。如果指令中包含有并联轴，在系统进入插补事件后，首先读取并联轴插补数据，将插补数据送入到并联算法中(由系统中的并联轴数据判断单元对插补数据存储单元中的各插补数据是否并联轴数据进行判断，对不包含并联轴数据，则不做任何处理直接将数据返回插补数据缓冲单元，如果得到的数据有并联轴数据，将数据送入反解算法单元进行处理)；并联算法将插补模块得出的虚坐标轴插补数据转化为对应实坐标轴数据后返回(由系统中的反解算法单元对并联轴数据判断单元传送过来的数据进行反解运算，将插补模块得出的虚坐标轴插补数据转化为对应实坐标轴数据；用于对反解算法单元处理后的实坐标轴数据进行缓冲，并待本次插补周期的数据处理完后，将上述实坐标轴数据送入插补数据缓冲单元中实坐标轴数据对应的虚坐标轴存储位置中)， 实坐标数据即为对应运动轴的指令数据，当并联算法执行完成后，系统结束对此次插补事件的响应，并将并联算法得出的实坐标数据及其它轴数据送入运动控制模块执行实轴数据存储单元，(由实轴数据存储单元对反解算法单元处理后的实坐标轴数据进行缓冲，并待本次插补周期的数据处理完后，将上述实坐标轴数据送入插补数据缓冲单元中实坐标轴数据对应的虚坐标轴存储位置中)；同时系统判断程序是否执行完毕，如果未执行完毕则继续循环执行以上步骤，如果程序已经执行完毕，发出一个标志通知系统程序已经结束，系统循环程序接收到该标志后会执行一个同步函数，该函数叫做同步事件，将程序结束位置的虚坐标位置返回给系统。下面就以一个三杆并联机构实例对该控制系统进行说明，该并联机构由三个连杆、动平台、静平台及驱动三个并联杆运动的电机及组成，整个并联机构安装在一个X、Y平台上，可实现Χ、γ方向上的运动，三个杆长由L1、L2、L3表示，动平台运动用笛卡尔坐标系下的Z、C、A三个运动表示，其中Z、C、A为虚坐标轴，L1、L2、L3为三杆电机运动的实坐标，X、 Y为串联系统中的运动轴。数控系统通过人机交互单元主要用来接收用户的输入，并将系统信息显示出来供用户察看及使用，例如用户编辑了程序“G1X200Y500Z100C360A5F1000”，首先需要将该程序输入到数控系统的人机界面中；然后数控系统调用解释模块将NC程序翻译成系统格式，例如将上段程序解释成X、Y、Z、C、A轴直线插补，X运动200mm，Y运动500mm， Z运动IOOmm其中C、A为旋转轴，C旋转360度，A旋转5度；解释模块将数据送入插补模块进行插补处理，当插补模块完成插补后，插补数据被放入特定的数据缓冲区插补数据缓冲单元中进行保存，包括插补结束标志位。(所述人机交互单元同解释模块相连接向其输入的数控程序，所述插补模块同解释模块相连接对解释模块翻译后的各轴运动指令进行插补； 所述插补数据缓冲单元分别同循环检测单元、插补数据存储单元、并联轴数据判断单元、实轴数据存储单元及运动输出单元相连接；所述循环检测单元同插补数据存储单元相连接用于检测到插补结束标志后通知插补数据存储单元对本次插补周期的数据进行提取，所述插补数据存储单同并联轴数据判断单元相连接；所述并联轴数据判断单元同反解算法单元相连接，所述反解算法单元同实轴数据存储单元相连接。)在通用数控系统中，每间隔一个插补周期将缓冲区的数据送入运动输出模块控制电机运动。为了实现并联控制，通过循环检测单元不断检测插补结束标志；当循环检测单元检测到插补结束标志已经被置位后，插补数据存储单元到插补数据缓冲单元中取出本次插补周期的数据；再由并联轴数据判断单元判断插补数据是否为并联轴数据，如果不是，例如本例中的X、Y轴数据不做任何处理直接将数据返回，如果得到的数据有并联轴数据，例如本例中的Z、C、A，将数据送入反解算法单元中进行处理，反解算法单元计算完毕后输出了实轴数据(在本例中为L1、L2、L3三杆电机运动值)，并存储到实轴数据存储单元中，待本次插补周期的数据处理完后，将上述实坐标轴数据送入插补数据缓冲单元中实坐标轴数据对应的虚坐标轴存储位置中(将实轴数据 L1、L2、L3送到插补数据缓冲区中Z、C、A对应的位置中)。整个并联算法处理完成，当插补周期时间结束的时候，执行步骤12，系统将缓冲区中的数据送入运动输出模块，此时已经从并联轴虚轴数据Z、C、A变为实轴数据Li、L2、L3，这样就实现了串并混联控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1. 一种基于串联数控系统上实现混联控制的数控系统，包括人机交互单元，用于接收用户在笛卡尔坐标系下编译的虚轴数据程序，并将系统信息显示出来供用户察看及使用；解释模块，用于对人机交互单元输入的数控程序进行解释，将编程指令翻译成各轴运动指令，插补模块，用于在接收解释模块给出的运动指令后，对运动指令进行插补，得到各对应轴的插补数据，并在每完成一次插补后生成一个插补结束标志，同时将插补数据和结束标志存储在插补数据缓冲单元中；插补数据缓冲单元，用于存储插补模块发送过来的插补数据和结束标志，并在每间隔一个插补周期后将上述数据送入运动输出单元中；运动输出单元，用于接收插补数据缓冲单元发送过来的数据，并输出到电机上； 其特征在于还包括，循环检测单元，用于检测插补数据缓冲单元中存储的插补结束标志，并将在每次检测到插补结束标志后通知插补数据存储单元对本次插补周期的数据进行提取；插补数据存储单元，用于在接收到循环检测单元发来的通知后对插补数据缓冲单元中的插补周期数据进行存储；并联轴数据判断单元，用于判断插补数据存储单元中的各插补数据是否并联轴数据， 对不包含并联轴数据，则不做任何处理直接将数据返回插补数据缓冲单元，如果得到的数据有并联轴数据，将数据送入反解算法单元进行处理；反解算法单元，用于对并联轴数据判断单元传送过来的数据进行反解运算，将插补模块得出的虚坐标轴插补数据转化为对应实坐标轴数据；实轴数据存储单元，用于对反解算法单元处理后的实坐标轴数据进行缓冲，并待本次插补周期的数据处理完后，将上述实坐标轴数据送入插补数据缓冲单元中实坐标轴数据对应的虚坐标轴存储位置中；所述人机交互单元同解释模块相连接向其输入的数控程序，所述插补模块同解释模块相连接对解释模块翻译后的各轴运动指令进行插补；所述插补数据缓冲单元分别同循环检测单元、插补数据存储单元、并联轴数据判断单元、实轴数据存储单元及运动输出单元相连接；所述循环检测单元同插补数据存储单元相连接用于检测到插补结束标志后通知插补数据存储单元对本次插补周期的数据进行提取，所述插补数据存储单同并联轴数据判断单元相连接；所述并联轴数据判断单元同反解算法单元相连接，所述反解算法单元同实轴数据存储单元相连接。
全文摘要
本发明公开了一种基于串联数控系统上实现混联控制的数控系统，包括人机交互单元，解释模块，插补模块，插补数据缓冲单元，运动输出单元，其特征在于还包括，循环检测单元，插补数据存储单元，并联轴数据判断单元，反解算法单元，实轴数据存储单元，所述人机交互单元同解释模块相连接向其输入的数控程序，所述插补模块同解释模块相连接对解释模块翻译后的各轴运动指令进行插补。本系统基于这种方法可以在同一个串联系统上，根据不同的混联机构通过选择配置的方法选取相应的虚实变换模块，实现不同混联机构的控制。由于实现方案简单、便于生产和对现有数控机床的改进，适于在已成熟的串联数控系统中广泛推广。
文档编号G05B19/18GK102306006SQ20111012773
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者于德海, 张赞秋, 江世琳, 郑君民, 陈虎 申请人:大连光洋科技工程有限公司