搜索
bottom↓
回复: 38

USB接口六轴运动控制卡 和测试中的五轴联动数控系统

[复制链接]

出0入0汤圆

发表于 2012-7-22 09:57:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
经无数次测试修改,终完成USB接口运动控制卡,五轴联动数控系统也正在测试完善中,将测试结果放上来请各位拍拍砖。



运动控制卡
电源:5V (由USB供电)
时钟频率: 48.000MHz
输出/入信号电平:3.3-V LV TTL  
最高输出脉冲频率:4MHZ
最小输出脉冲量:1个脉冲周期
1路PWM模拟量光电隔离输出
  运动卡上有急停和暂停控制开关控制
  三轴智能识别归零双向限位开关输入
  16路光电隔离开关输入
  16位数据输入扩展接口
8路达灵顿控制开关输出
8位扩展信号输出接口

控制卡直接由上位PC机的USB串行总线控制驱动,不同与PCI总线方式NC嵌入PC方法的控制卡,或以MACH为代表的SOFT软件以并口I/O模拟脉冲输出控制系统,控制卡本身有自已的时钟频率产生脉输出,非以软件方式产生的脉冲信号,因此可以输出更宽的脉冲带宽(0.001HZ~4MHZ,32位计数器),和更多I/O扩展。
上位机采用开放式PC数控系统驱动,可操控不同数控系统功能要求,如三~五轴联动雕刻机和数控机床,自动化设备,机械臂控制等。
数控系统的运行轨迹主要以G代码执行,但G代码种类繁多,有标准和自定义的,因此在解释G代码解释还是以代码命令和参数做分析,将参数暂存在记录表里供系统分析调用,这样可以应对更多的自定义代码功能。

未联机状态,USB接口即插即用,自动识别联机,运行过程实时监测下位机的16路开关状态。


DIY一台多功能机械来测试运行轨迹。


这机架采用单边光轴滑轨(也可以并联双滑轨)龙门架,单边滑轨的完全没有钢性可言,作用于测试就没问题了。这样的结构简单安装方便,随时可以变化结构,可根据不同场合改变结构。安装上活动工作台便可以做雕刻机,运行三轴联动雕刻机功能没问题,只是刚度不够。
测试运行F值可以达5000mm/min,最高试过7000mm/min ,丝杠是1605的,这样步进可以上1000转,最高上过1500转,但不稳定易出现丢步堵转,步进驱动器设128细分25600脉冲一转,脉冲当量是5120个脉冲/1mm,输出脉冲频率426KHZ时达5000mm/min,运行很稳定,反复测试不同设置及脉冲频率,还是越高的驱动器细分运转越是稳定,没有振动感。步进驱动器分别对THB6128、THB7128和雷赛3MD560驱动器测试,响应脉冲频率达500KH。步进电机两箱57,是淘宝旧的洋垃圾和雷赛三箱57电机。
加、减速测试中,在提高细分加速,不论T形S形还是查表加速效果基本一致,而T形加速最为简单实用,因此系统采用T形加速。
精确度测试,系统计算输出精确度没问题,脉冲当量是5120脉冲/1mm,一个脉冲计算精度在0.0002mm,在机上测试,单轴运行100mm长度往返100次,百分表有小幅振动,这也反映机械定位精度也可达0.01mm了,哈哈这是没有负载测试,加上负载,误差高达0.5mm以上,越大负载误差越大,机械架子没有钢性,这说明,很多商用雕刻机标注其定位精度达0.01mm多少多少,这不靠谱,还是要看机械的钢性才是硬理。


机械还可以变身,将主轴和工作台折下。



在Z轴装两步进电机在主轴上充当A、C吊摆旋转轴,这样就可以测试五轴联动轨迹运行了,实现直角坐标五轴联动机械臂动做。步进电机直接做旋转轴,没有减速箱,扭距和精确度无法达到,只有0.014度(1.8度的128细分),没法做实际加工测试,只可做姿态测试, 如有20或15:1的减速箱细分角度精确到0.001度,就可以达到系统细分要求。




机械手轨迹运行
http://www.tudou.com/programs/view/z8QA2rSRepg/

A/C旋转轴旋轴角度补偿,主轴顶点坐标位不改变。
http://www.tudou.com/programs/view/q5GamBgLQRM/





本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x

阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

如果想吃一顿饺子,就得从冰箱里取出肉,剁馅儿,倒面粉、揉面、醒面,擀成皮儿,下锅……
一整个繁琐流程,就是为了出锅时那一嘴滚烫流油的热饺子。

如果这个过程,禁不住饿,零食下肚了,饺子出锅时也就不香了……《非诚勿扰3》

出0入300汤圆

发表于 2012-7-22 12:15:50 | 显示全部楼层
建议至少花20W先完善机械部分。不然试不出来

出0入0汤圆

发表于 2012-7-22 14:02:38 | 显示全部楼层
很强大,必需顶

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-22 14:34:47 | 显示全部楼层
ibmx311 发表于 2012-7-22 12:15
建议至少花20W先完善机械部分。不然试不出来

哈哈,20万完善机械部分,那什么也做不成,只会掉进无底深渊。必须清楚每一部份的分工,机械部做什么,电机如何传动,机电驱动执行指令,系统控制发出指令,系统能完成数学模型。

出0入300汤圆

发表于 2012-7-22 17:38:33 | 显示全部楼层
hzband 发表于 2012-7-22 14:34
哈哈,20万完善机械部分,那什么也做不成,只会掉进无底深渊。必须清楚每一部份的分工,机械部做什么, ...

我本来想说60W的
多轴联动,高速和电机调试是关键
我这边试的结果是,高档的小惯量电机还凑合,换成国产次服就成了问题了,电机参数调10天也调不出来
另外你的系统在曲面加工的时候向前看多少也是关键
高速动作的惯量,对机架的冲击力,等等问题没有一个好的体系没法测试
这个事情是个复杂的系统工程,没有千万级别的资金就不要瞎想了,除非你一开始就像mach一样立足在低速
那又有什么意思
我这边自己搞的联动8轴的,最高脉冲8M,搞了五年今年才有点意思
投入很大的,不是一个你那样的东西可以验证的。
我还没见过谁可以拍着胸脯说可在100W内搞成(只是能转单说)
QB这样的投入好几年软件还没完全搞定,光是几万一台的光机从我们这里就搞了几个了,买的转台不计其数,现在还在努力中。
你可能觉得已经可以了,但是你把每个轴都装上高精度的编码器和高精度的光尺用仪器一看就知道差距了。

出0入0汤圆

发表于 2012-7-22 20:50:08 | 显示全部楼层
这个usbcnc不是用mach的吗?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-22 21:47:09 | 显示全部楼层
ibmx311 发表于 2012-7-22 17:38
我本来想说60W的
多轴联动,高速和电机调试是关键
我这边试的结果是,高档的小惯量电机还凑合,换成国产次服 ...


如果你在做整套系统包含机械机电部分,和整体方案,那你的投入就无底洞了,有很多涉及基础工业,如你说机架冲击力,这不是难题,难的是材料预应变形,这些德国解决的很好,日本是用温度补偿。
原来这位兄弟在搞联动8轴,脉冲输出8MHZ,看来是用时间中断来做插补。mach就不足一论了,看来你对mach不大了解,你不了解何为8轴联动。
其实数控系统,对运行轨迹运算主要还是数学模型处理,编译成脉冲信号,对于机械来说只是执行的一部分,现代工业已将这些都已标准化接口,也就是说你买套西门子CNC系统一样可稼接到你的数控机床上用,按你说如你要测试西门子的CNC系统,你还要用西门子的机械来测试?
有谁说投入多少就能出成果?呵呵,有人投钱给我就好了,败家啊。
你说的QB我不知他在搞啥,如你所说他是搞转台旋转轴?呵呵转台旋转轴是两旋转轴相对直角,要做在同一轴心上没有好的加工设备是做不来的精度,这跟系统没关系,如有关系可以在系统里轴心偏差补偿,也可达到目的。
系统内闭环,对高精度编码器或光尺,他们本身没问题,都是脉冲信号,问题在于它们的接口是否同步,而出现差距,那就涉及机电机械传动部件了,这就是一把没问题的尺测量有问题部件。

出0入300汤圆

发表于 2012-7-23 08:54:07 | 显示全部楼层
我对mach不了解是可能的,但是我和设计mach的人吃过饭
你不想当局内人士的话,就已经出局了,这和炒股一样的,自作聪明和不自量力都会导致破产的
因为我看你做的那个就像是农民造飞机,农民造潜艇.
真正的旋转轴都要减速,减速后不知道电机转多少圈转台才转1圈
你要是买一个进口伺服电机,连上数据口,就知道那个转台的滞后是多么严重
而且,滞后量不可控,因为转速不确定.
另外,所有直线轴多少都有滞后量,这和全开环全刚性的步进电机截然不同
并不是你做个插补算法就可以简单解决的
所以,在设计5轴系统前你必须了解现在的伺服电机都是怎么设计出来的
随着技术的进步,目前国外的伺服都用串行编码器了,控制起来更讨厌
你总不能拒绝别人使用进口的伺服电机吧.
从你的解释来看,你应该还没入门,滞后量也只是系统的一个小局部,只是便于表达罢了
向前的路还很艰辛,希望看到你的成功.

出0入0汤圆

发表于 2012-7-23 09:11:00 | 显示全部楼层
ibmx311"随着技术的进步,目前国外的伺服都用串行编码器了,控制起来更讨厌"
这一点说的还是很到位的,串行编码器得到后编码器位置后,伺服控制器通过硬件解算出来,然后再输出到上位机的,这个过程是有滞后的,不是实时的;所以有时候串行17位的伺服,效果可能还不如普通2500线的伺服器,问题就在这儿。 欧系伺服的串行通讯从机制上讲,要好于日系,但一样有这个问题,用过的可以贡献一点案例了。
串行编码器有个好处就是把繁琐的2500线编码器的接线由14根降低到4根,接线容易错的,而且还不好查。
串行编码器大势所趋。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-23 11:14:05 | 显示全部楼层
ibmx311 发表于 2012-7-23 08:54
我对mach不了解是可能的,但是我和设计mach的人吃过饭
你不想当局内人士的话,就已经出局了,这和炒股一样的, ...

我在95年与微软创始人比尔盖兹在甘肃墩煌有过接触有他的签名,这不代表什么。
的确我是CNC外行人,只是前年进入这行业,发现这里面有些技术可以搞搞,我不做什么大项目,或重大技术改造。
做的测试机架可以说就是农民造飞机造潜艇,但它能飞上天潜入水就行了,这跟我的测试机能达到我的测试目的一样,它能完成执行我要的程序运行就行,我不是搞机械的,本身现在有行业标准,能达到行业标准就行。
旋转轴转动是以分度细分,安传动比细分,这样可以消除计算圆周率带来的累积误差。如果要计算电机转多少圈才转1圈,那你就会出现无穷无尽的累积误差。
现在五轴系统的轨迹运行计算已完成,进入测试运行和功能完善。

伺服方面真的要请教,下一步想建立系统内闭环,有两方面,一是步进闭环,另一种是伺服闭环,伺服本身就是一终端闭环系统,不知其接口通讯?

出0入300汤圆

发表于 2012-7-23 11:22:26 | 显示全部楼层
hzband 发表于 2012-7-23 11:14
我在95年与微软创始人比尔盖兹在甘肃墩煌有过接触有他的签名,这不代表什么。
的确我是CNC外行人, ...

买进口的电机,比如A5,直接就具备外置编码器的全闭环,步进就不必闭环了,讨厌的事情一大堆.

出0入0汤圆

发表于 2012-7-23 12:05:28 | 显示全部楼层
hzband 发表于 2012-7-22 14:34
哈哈,20万完善机械部分,那什么也做不成,只会掉进无底深渊。必须清楚每一部份的分工,机械部做什么, ...

数控水太深,想要在3~5轴加工中心之类的标准机床上应用的话,100W铺路都不够。而且会有大把国外厂商,技术超出你10年以上,随时秒杀你。瞄准大厂看不上的特定应用,做一些非标控制才是出路。等你技术积累的差不多了,钱也赚的没地方花了,再去在通用市场上搏一搏吧。
个人觉得hzband 兄的这个架构玩玩还行,实际工业应用的话会遭遇可靠性的瓶颈。想要测试性能,最快捷的办法就是装到成熟的机床上,跟别人的系统对比加工效果,一看便知。自己鼓捣个山寨机床出来,出了状况光是定位问题就折腾死人。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-23 14:30:33 | 显示全部楼层
yngufeng 发表于 2012-7-23 12:05
数控水太深,想要在3~5轴加工中心之类的标准机床上应用的话,100W铺路都不够。而且会有大把国外厂商,技 ...

这位兄弟说的不错,数控只是加工中心的一小部分,要做好这一部分也不易,其实我的路数不在加工中心之类的机床上,这方面水深。
我的目标是定在运行轨迹控制上,第一步要做出开环的运行轨迹控制,下一步做系统内闭环。
而要应用到开环的3D雕刻机方面没有问题,五轴的主要用在直角坐标系机械手上,可以解决机械手在运行轨迹控制模块编程简化。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-23 14:47:23 | 显示全部楼层
一上五轴数控系统,很多人就联想到五轴数控加工中心设备中,现在五轴加工中心无论是进口还是国产的都已是成熟的技术,大多生产设备的厂商都是组装出来的也不完全自己的技术,包括华中或广数。
五轴数控应用很广不一定就是加工中心才用上。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-23 15:02:22 | 显示全部楼层
ibmx311 发表于 2012-7-23 11:22
买进口的电机,比如A5,直接就具备外置编码器的全闭环,步进就不必闭环了,讨厌的事情一大堆. ...

请教兄弟,步进闭环有一大堆问题,可否指点一二以免走弯路,我考虑过,以32位计数器直接读取编码盘,如精度在0.001mm闭环内实控有4M长度,或读取外置编码器,如串行接口那就滞后一个传递周期,也就不能实时读取绝对位置编码,现在的外置编码器接口是用格雷码协议吗?

出0入300汤圆

发表于 2012-7-23 15:06:47 | 显示全部楼层
hzband 发表于 2012-7-23 15:02
请教兄弟,步进闭环有一大堆问题,可否指点一二以免走弯路,我考虑过,以32位计数器直接读取编码盘,如 ...

http://www.amobbs.com/forum.php? ... =%E9%97%AD%E7%8E%AF

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-23 16:09:46 | 显示全部楼层
ibmx311 发表于 2012-7-23 15:06
http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5463264&highlight=%E9%97%AD%E7%8E%AF

非常感谢,很好的参考。
看了下,步进电机与伺服电机是两码事,步进要做终端闭环多余一笔,伺服电机如没终端闭环就等同普通电机无异。
同意你的看法,步进电机精度一点也不差,钢性的精度,无需终端闭环定位,步进应用的场合是低速。但做系统内闭环是可行的,系统可以得到绝对定位数据,只是能否做到实时就是要面对的问题。

你提到的高速插补,我没听说过,如有可能的话了解一下。

出0入0汤圆

发表于 2012-7-23 16:43:19 | 显示全部楼层
hzband 发表于 2012-7-23 14:30
这位兄弟说的不错,数控只是加工中心的一小部分,要做好这一部分也不易,其实我的路数不在加工中心之类的 ...

做3D雕刻的话,如果不做轨迹拟合,个人觉得难点在速度规划上,如果规划的不好,连续小线段速度就上不去。而且很小的速度波动都会影响加工质量,我们的系统5M/MIN加工胶料在个别刀路中会在拐点位置或者线段衔接处留下刀痕。初步定位为速度规划的问题,不太好解决。不知hzband 兄在这方面攻克的怎么样。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-23 17:09:09 | 显示全部楼层
yngufeng 发表于 2012-7-23 16:43
做3D雕刻的话,如果不做轨迹拟合,个人觉得难点在速度规划上,如果规划的不好,连续小线段速度就上不去。 ...

速度加减速遇到一样的问题,直线、插补直线、弧线和连续小线段加减速,大多解决是用轨迹拟合预先处理,我现在也正打算用这方法来做加减速,拐点处如是换向是会有衔接过程,而同向的可以预先处理。
我现在已可以做到圆弧插补线加速,原理是以S形加速原理一样,不过要比直线加速慢一半。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-7-23 17:30:13 | 显示全部楼层
刚查的资料,高速插补,唉有差距啊,还好原理是一样的可解决问题。





本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x

出0入0汤圆

发表于 2012-7-23 22:11:40 | 显示全部楼层
支持 LZ 的钻研精神,还有 ibmx311 警示,好的东西都是在学术争论下产生的。

先有运动模型,而目前大多数都是低速,我们从这个点开始,不奇怪。控制是门应用科学,做到哪步了(精度等级),可以“卖”到哪步,呵呵,不必奢求完美。

出0入0汤圆

发表于 2013-8-30 13:46:56 | 显示全部楼层
看楼主这个板子,可能还差点,
原因很简单速度上不去!为什么速度上不去呢,可以从芯片入手

CPU不高于200M,做不了复杂点的插补。
没有FPGA做实时轴控制。包括多轴S型联动。
内存不够大,无法做前瞻

出0入0汤圆

发表于 2013-9-9 14:17:49 来自手机 | 显示全部楼层
很不错!本人也刚做好三轴联动,多微线段连续插补控制,单单一个基础算法花去整整三年的时间,这水真的很深!

出0入0汤圆

发表于 2013-9-29 11:46:28 | 显示全部楼层
呵呵,襁褓中的巨人,但愿楼主和ibmx311 强强联手,也但愿在阿莫的平台上更多的强手加入到你们中间来,自动化工作了10余年,真心的希望在中国出现中门子,中那科,还是强于其他的

出0入0汤圆

发表于 2013-10-28 00:46:21 来自手机 | 显示全部楼层
yngufeng 发表于 2012-7-23 16:43 做3D雕刻的话,如果不做轨迹拟合,个人觉得难点在速度规划上,如果规划的不好,连续小线段速度就上不去。 ...

这个兄弟入门了

出0入0汤圆

发表于 2013-10-28 08:55:57 | 显示全部楼层
看了一遍 ,ibmx311是专业人士,楼主还差的远

出0入0汤圆

发表于 2014-5-29 19:58:12 来自手机 | 显示全部楼层
标记,六轴联动

出0入0汤圆

发表于 2014-7-25 22:24:22 | 显示全部楼层
研发了一款基于PCI的运动控制卡,省去了9052芯片,直接FPGA里面搞了一个PCI通信接口,并且大量的运动控制算法都集成在一块FPGA上。有整套方案贱卖包括软硬件跟PCB等,需要请联系我,2401547092。

出0入0汤圆

发表于 2014-7-27 21:20:37 | 显示全部楼层
感兴趣!!!!!!

出0入0汤圆

发表于 2014-10-16 17:13:56 | 显示全部楼层
dsppower 发表于 2012-7-23 09:11
ibmx311"随着技术的进步,目前国外的伺服都用串行编码器了,控制起来更讨厌"
这一点说的还是很到位的,串行编 ...

串行编码器实际上也没有你所说的那么复杂。你只要明白他的实现原理,就知道是怎么处理的了。而且串行编码器的叫法也不准确,叫做总线伺服比较正确。

出0入0汤圆

发表于 2014-10-16 17:18:04 | 显示全部楼层
ibmx311 发表于 2012-7-23 11:22
买进口的电机,比如A5,直接就具备外置编码器的全闭环,步进就不必闭环了,讨厌的事情一大堆. ...

这种所谓的闭环,其实并没有真正闭环。所谓数控上的显示,也仅仅作为显示,CNC接受到的滞后达到一定数值,报警即可。实际上很多的加工,要求在位置精确的时候仍然要考虑到速度基本恒定,这个时候才是真正的考验。

出0入0汤圆

发表于 2014-10-16 17:35:51 | 显示全部楼层
学习了,最近也在研究运动控制,要求比较低,用STM32做控制

出0入0汤圆

发表于 2014-10-16 19:07:56 | 显示全部楼层
mark下,五轴机床

出0入0汤圆

发表于 2015-6-6 18:12:45 | 显示全部楼层
现在有实际应用了吗,挺不错的看上去。

出0入0汤圆

发表于 2015-6-15 14:11:57 | 显示全部楼层
勇气可嘉,虽然你这离五轴联动还十万八千里远

出0入0汤圆

发表于 2015-6-15 15:57:50 | 显示全部楼层
学习一下!

出0入0汤圆

发表于 2015-8-3 22:00:42 | 显示全部楼层
我最近做了块5轴USB控制卡,用Mach3l软件,楼主有兴趣的话我以元件价卖给你一套玩玩,在淘宝上搜 nMotion,看看如何,也可以Q~Q,37807430,谢谢!

出0入0汤圆

发表于 2015-8-10 14:34:24 | 显示全部楼层
看了视频,感觉控制部分还是做的不错的

出0入0汤圆

发表于 2016-1-31 14:22:21 | 显示全部楼层
菜鸟强烈支持 什么也帮不上
回帖提示: 反政府言论将被立即封锁ID 在按“提交”前,请自问一下:我这样表达会给举报吗,会给自己惹麻烦吗? 另外:尽量不要使用Mark、顶等没有意义的回复。不得大量使用大字体和彩色字。【本论坛不允许直接上传手机拍摄图片,浪费大家下载带宽和论坛服务器空间,请压缩后(图片小于1兆)才上传。压缩方法可以在微信里面发给自己(不要勾选“原图),然后下载,就能得到压缩后的图片】。另外,手机版只能上传图片,要上传附件需要切换到电脑版(不需要使用电脑,手机上切换到电脑版就行,页面底部)。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

手机版|Archiver|amobbs.com 阿莫电子技术论坛 ( 粤ICP备2022115958号, 版权所有:东莞阿莫电子贸易商行 创办于2004年 (公安交互式论坛备案:44190002001997 ) )

GMT+8, 2024-3-28 19:00

© Since 2004 www.amobbs.com, 原www.ourdev.cn, 原www.ouravr.com

快速回复 返回顶部 返回列表