多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制及應(yīng)用推廣研究

戚云豐

【摘 要】在技術(shù)不斷進(jìn)步、發(fā)展的背景下，多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制有了新的進(jìn)步，為其推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。對(duì)此，筆者將簡(jiǎn)單闡述多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制方式，并以此為基礎(chǔ)，從不同的角度探究多軸運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用、推廣方式，以期為相關(guān)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】多軸運(yùn)動(dòng)控制器；技術(shù)研制；應(yīng)用推廣

在筆者所在的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中，目前開發(fā)了多軸運(yùn)動(dòng)控制器，該產(chǎn)品以ARM Cortex-M3核單片機(jī)為核心，主要優(yōu)點(diǎn)有運(yùn)算速度快，性價(jià)比高，能夠作為“機(jī)器換人”所使用設(shè)備或者機(jī)械手的控制器，且該控制器二次開發(fā)較為容易，既可用于集成以整體方案出售，又可進(jìn)行單品銷售，有較好的市場(chǎng)前景。

一、多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制

在多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制中，金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院為項(xiàng)目承擔(dān)單位，負(fù)責(zé)提供產(chǎn)品測(cè)試場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提供與浦江水晶行業(yè)協(xié)會(huì)、永康市門業(yè)協(xié)會(huì)的溝通渠道，從技術(shù)、推廣等層面提供指導(dǎo)。

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

就多軸運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)說(shuō)，其整體的結(jié)構(gòu)中，PC機(jī)作為上位機(jī)，同時(shí)在PCI總線的基礎(chǔ)上述實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)之間的通信。為了能夠進(jìn)一步滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅噍S運(yùn)動(dòng)控制器中的PCI控制芯片、DSP等，都必須采用雙口的方式，實(shí)現(xiàn)與ARM Rortex-M3之間的地?cái)?shù)據(jù)傳輸，保證多軸運(yùn)動(dòng)控制器可以穩(wěn)定運(yùn)行。而多軸運(yùn)動(dòng)控制器的下位機(jī)，即對(duì)PWM發(fā)生電路、控制電壓轉(zhuǎn)換電路、正交編碼處理電路、CPLD譯碼電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、外圍輔助電路、DSP最小系統(tǒng)的集成。在這一基礎(chǔ)上，多軸運(yùn)動(dòng)控制器就能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行，并在每一個(gè)伺服周期中，對(duì)其控制信號(hào)、驅(qū)動(dòng)器等進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)整運(yùn)動(dòng)模式、控制啟停的目的

（二）編程語(yǔ)言

在多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制中，以Win10系統(tǒng)作為基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的編程。其中，多軸運(yùn)動(dòng)控制器的控制過(guò)程設(shè)計(jì)，應(yīng)該采用GML編程語(yǔ)言，并結(jié)合圖像化的程序流程，設(shè)計(jì)一個(gè)具有執(zhí)行能力的模塊，為機(jī)械手的操作提供便利。在多軸傳統(tǒng)系統(tǒng)之中，GML編程語(yǔ)言對(duì)軸進(jìn)行了定義：（1）系統(tǒng)中的物理軸，其就是指使用模塊控制驅(qū)動(dòng)的電機(jī)；（2）系統(tǒng)中的虛構(gòu)軸，實(shí)際上是一個(gè)沒有力矩輸出的電機(jī)，但是其能夠以理想的方式運(yùn)行，所以在編程的過(guò)程中必須進(jìn)行精準(zhǔn)的分析、思考；（3）系統(tǒng)中的虛擬軸，是與虛構(gòu)軸或者物理軸相互嚙合的軸，比例為1：1。采用GML編程語(yǔ)言的技術(shù)方式，主要是以內(nèi)其具體較強(qiáng)的靈活性，即對(duì)正反向齒輪嚙合就進(jìn)行模擬，為設(shè)計(jì)人員的研制工作提供便利，保證控制精度的合理性。

二、多軸運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用推廣

在筆者所在團(tuán)隊(duì)的研究中，多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制、應(yīng)用推廣，有著具體的分工，并與相關(guān)的企業(yè)單位進(jìn)行合作，分析多軸運(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)際應(yīng)用效果，為推廣的方案設(shè)計(jì)提供參考。金華浦江燈飾總廠為項(xiàng)目合作單位，負(fù)責(zé)提供樣機(jī)展示的場(chǎng)地以及水晶加工機(jī)械手的制造，作為多軸運(yùn)動(dòng)控制器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；金華天勤科技有限公司為多軸控制器的生產(chǎn)提供代工。

（一）應(yīng)用推廣案例

在燈飾加工機(jī)械的連續(xù)運(yùn)作、生產(chǎn)中，將多軸運(yùn)動(dòng)控制器應(yīng)用在其中，可以為機(jī)械手提供一個(gè)全新的生產(chǎn)方式。具體來(lái)說(shuō)，為了能夠進(jìn)一步增強(qiáng)燈飾生產(chǎn)中，系統(tǒng)的可視性、可擴(kuò)展性，就需要在研制的過(guò)程中對(duì)一個(gè)虛構(gòu)軸進(jìn)行定義，進(jìn)而提高位置的精準(zhǔn)性，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行賦予更加真實(shí)的意義，即提高加工效率。于是，在多軸運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)行中，所有的電機(jī)都能夠正常運(yùn)行，且依據(jù)正常的比例與虛構(gòu)軸嚙合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燈飾的生產(chǎn)目的[1]。另外，在多軸運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用中，還必須設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬軸，使其能夠與虛構(gòu)軸同步，進(jìn)而為機(jī)械手的操作、控制等提供參考，優(yōu)化燈飾生產(chǎn)、加工的流程、方式，甚至可以以此提高燈飾加工的質(zhì)量。不僅如此，在新時(shí)代的背景下，本團(tuán)隊(duì)的研制人員，還綜合分析下水晶加工、門業(yè)加工行業(yè)的應(yīng)用情況，積極對(duì)當(dāng)前多軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行升級(jí)，使其更適用于工業(yè)4.0需求，為向其他行業(yè)拓展應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

（二）應(yīng)用實(shí)際效果

以多軸運(yùn)動(dòng)控制器為基礎(chǔ)，在燈飾的加工生產(chǎn)之中，優(yōu)化了傳統(tǒng)的加工模式，充分發(fā)揮了ARM Cortex-M3核單片機(jī)的作用，并結(jié)合GML編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行。在實(shí)際的應(yīng)用之中，多軸運(yùn)動(dòng)控制器所產(chǎn)生的效果，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）信號(hào)傳輸速度快。在燈飾加工的過(guò)程中，多軸運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)、產(chǎn)品等，進(jìn)行系統(tǒng)的掃描，從而獲得相應(yīng)的參數(shù)、錯(cuò)誤診斷等信息，然后使用信息模塊進(jìn)行傳輸。同時(shí)，由于多軸運(yùn)動(dòng)控制器的系統(tǒng)中，ARM Cortex-M3核單片機(jī)中存在一個(gè)獨(dú)立的傳輸模塊，所以能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行及時(shí)的傳輸，保證燈飾生產(chǎn)的合理性、高效性。

（2）定位精度較高。結(jié)合上文所述可知，在應(yīng)用多軸運(yùn)動(dòng)控制器的過(guò)程中，需要設(shè)置虛擬軸、虛構(gòu)軸，所以能夠提高位置的精準(zhǔn)性，并對(duì)其各個(gè)單元的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、處理。在這樣的前提下，燈飾加工的精度就會(huì)提高，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足用戶的相關(guān)需求。

（3）可靠性較強(qiáng)。在對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行編程的過(guò)程中，研制人員采用GML編程語(yǔ)言，其具備支持多種任務(wù)同時(shí)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，所以能夠以參數(shù)為基礎(chǔ)建立一個(gè)全新的邏輯關(guān)系。通過(guò)這樣的方式，可以減小指令方面存在的耦合，進(jìn)而提高可讀性、可靠性，保證多軸運(yùn)動(dòng)控制器可以穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）推廣方式優(yōu)化

在對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行推廣的過(guò)程中，需要對(duì)當(dāng)前的推廣方式，進(jìn)行不斷創(chuàng)新、優(yōu)化，保證其具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，強(qiáng)化推廣的效果。對(duì)此，相關(guān)人員可以采用以下幾種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)控制器推廣方式的優(yōu)化：

（1）運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)。建立“互聯(lián)網(wǎng)+”網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)，并且構(gòu)建產(chǎn)品的微信公眾平臺(tái)服務(wù)平臺(tái)。最終達(dá)到互聯(lián)網(wǎng)營(yíng)銷的核心目標(biāo)，并建立一種從生產(chǎn)商到客戶的直接銷售的業(yè)務(wù)形式，也就是B2C的銷售模式，降低產(chǎn)品和服務(wù)的成本來(lái)獲取價(jià)格優(yōu)勢(shì)，提升產(chǎn)品和服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)力[2]。

（2）加大宣傳力度。以ARM Cortex-M3核單片機(jī)為核心技術(shù)的多軸運(yùn)動(dòng)控制器，其不同于傳統(tǒng)的設(shè)備，無(wú)論是功能還是設(shè)計(jì)等，都有了明顯的提升、優(yōu)化，可以為廣大的機(jī)械手提供便利。因此，在對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行推廣的過(guò)程中，就應(yīng)該加大宣傳力度，彰顯新型設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，以此來(lái)吸引更多企業(yè)的關(guān)注。

（3）建立合作關(guān)系。與多軸運(yùn)動(dòng)控制器的應(yīng)用相似，在推廣的過(guò)程中也應(yīng)該與眾多的企業(yè)建立合作關(guān)系，進(jìn)而加深企業(yè)對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)控制器的認(rèn)識(shí)，熟悉新型設(shè)備的功能、優(yōu)勢(shì)。基于這樣的方式，企業(yè)就可以作為“中介”，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的推廣，便于形成良好的口碑、形象，實(shí)現(xiàn)推廣工作的目的。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，多軸運(yùn)動(dòng)控制器的研制中，所涉及的技術(shù)方式較為廣泛，其中的核心技術(shù)為ARM Cortex-M3核單片機(jī)，其最終的研究成果可以為機(jī)械手的工作，提供更多的便利、幫助。在這一基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮了多軸運(yùn)動(dòng)控制器的價(jià)值、作用，提高了日常工作的質(zhì)量、效率，優(yōu)化機(jī)械手的工作方式，推動(dòng)機(jī)械行業(yè)更加穩(wěn)定的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]田建平.多自由度刀具測(cè)量平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究[D].西安工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]林映武.低速?zèng)_擊微動(dòng)磨損試驗(yàn)臺(tái)的研制及實(shí)驗(yàn)研究[D].西南交通大學(xué)，2016.