多轴运动的新数控技术

　　随着我国经济和社会的飞速发展，多轴运动的数控技术也取得了飞快的发展。所谓数控技术是指利用数字信息对机械运动及加工过程进行控制的技术，它是集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术和光机电技术等于一体的现代制造业的基础技术，由于它具有精度高、速度快、效率高等优点，近些年来取得了突发猛进的发展，在国民经济发展中起着举足轻重的作用。未来数控技术的发展趋势是朝着柔性化、智能化、工艺复合性和多轴化方向发展。

　　电动六自由度运动平台技术在近些年来发展迅速，由于六自由度电动六自由度运动平台控制系统是一种典型的多轴实时运动控制系统，对其控制系统的研究仍是目前的一个工作重点。

1 喷涂机器人控制系统设计

　　本文采用数控技术用工业级计算机IPC和数字信号处理器DSP作为电动六自由度运动平台的控制器，设计了基于可编程多轴控制器PMAC(Programmable MultiAxis Controller)来作为六自由度运动平台多轴运行控制系统的硬件平台，通过层次化系统体系结构提高了系统的效率，模块化的软件设计则使系统具有很强的可移植性、扩展性和开放性。六自由度运动平台控制系统结构如图1所示。

　　由图1我们可知，六自由度运动平台控制系统采用PC--Based的开放式系统架构。由于传统的模拟器对控制系统的实时性要求严格等特点，本文采用IPC+DSP的数字控制方式，来提高系统的整体性能。工作原理：本文采用带有双端口RAM的PMAC2-PC多轴运动控制卡，它通过PCI总线与IPC工控机相连。IPC工控机通过下载相应的运动控制程序传输到PMAC卡中，进而来控制伺服电机的运动状态。我们为了充分实现六自由度运动平台的运动控制功能，还需要在PMAC上扩展相应的I／O接口、伺服电机和编码器等，这样才形成一个完整的运动控制系统。

　　位置控制作为六自由度运动平台数字控制系统的重要组成部分，它是保证喷涂机器人关节位置精度的重要环节。六自由度运动平台单轴位置伺服控制结构如图2所示。

　　由图2我们可知，六自由度运动平台位置控制主要由位置控制环、速度控制环和电流控制环三部分组成，这样构成的三环系统具有响应速度快、调速范围广、加减速性能好等优点。其中，电流闭环控制和速度闭环控制是由伺服放大器来实现的，速度闭环控制采用的是比例积分控制，这样用户可以通过调整比例常数和积分常数来获得比较满意的速度闭环特性。位置闭环控制是通过PMAC多轴运动控制卡来完成的，PMAC多轴运动控制卡采用PID控制方式对位置闭环进行控制。

2 数字控制系统软件设计

　　本文采用Visual C#．NET作为软件开发平台，控制软件采用ORC(OPEN ROBOT CONTROL)层次结构，六自由度运动平台控制系统中示教盒采用的是wINcE系统，工业级计算机IPC采用的是Window XP系统，PMAC运动控制卡中自带实时系统。六自由度运动平台运动控制系统软件进行模块化设计，这样不仅可以是系统具有良好的可扩展性，而且有利于程序的开发。

　　软件程序编写：控制系统软件程序主要分为上位机程序和下位机程序，其中上位机程序我们采用Visual C#．NET进行编程，运行于工控机IPC上的主程序通过PComm32动态链接库Peomm32．DLL与PMAC程序进行通信。PComm32动态链接库的具体程序如下

　　OpenPmacDevice()／／为应用程序使用PMAC打开一个通道
　　ClosePmacDevice()／／当程序运行完毕后关闭所打开的通道
　　PmacConfigure()／／调出配置对话框并修改PMAC的参数，
　　PmacDownLoadA()／／将程序从IPC下载到PMAC
　　PmacSendCommandA()／／发送一个命令字符串给PMAC
　　PmacGetResponseA()／／从缓冲区得到PMAC的反馈。

3 结语

　　本文采用工业级计算机IPC和数字信号处理器DSP作为六自由度运动平台的控制器，其中工控机IPC负责系统的管理和规划，PMAC多轴运动控制卡可以六自由度实现的各单轴位置伺服控制。这种数字控制方式极大的提高了系统的工作效率，并满足模拟器实时性与同步性的要求。