五轴联动插补算法和数控多任务调度研究

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1、摘要摘要目前，数控系统正逐步朝着开放化的方向发展，越来越多的机构和相关人员开始从事这方面的研究工作，以求开发出更加开放的、灵活的、性能更强的数控系统。本文根据这一发展趋势，重点研究和探讨了数控系统中的插补算法这一核心部分一一五轴联动曲面实时插补算法。另外，本文还研究和探讨了基于laC／OS．Ⅱ的数控多任务调度以及串口通信和LCD显示。论文提出的插补算法是一种基于NURBS(非均匀有理B样条)曲面的五轴联动曲面实时插补算法。NURBS曲面是一种双参数曲面，确定其中的一个参数，就可以得到另一个参数方向的NURBS曲线。利用NURBS曲面的这个特点，用一定的方法

2、确定出其中一个参数的一系列的值，然后根据这些参数值可以确定出另一参数方向一系列的NURBS曲线。沿着这样的曲线来刚进行插补计算，求出每一点的三个平动轴坐标和两个转动轴坐标，以此来实现对整个曲面的五轴联动插补。论文介绍了NURBS曲线曲面相关理论，探讨了插补算法的基本思想以及五轴联动曲面实时插补算法的几个关键问题，包括：“z”形加工路径的实现、沿曲线加工时速度和精度的控制、曲线段之间的顺利过渡、两个转动轴的求解、行间残留误差的控制、利用NURBS的局部性质提高插补速度以及关于加减速控制和行间过渡的讨论等。论文提出的这种插补算法计算简单、速度快，不仅能满足精度

3、要求，还能满足插补实时性要求。当今的数控系统越来越复杂，任务越来越重，利用操作系统来对这些任务进行调度和管理是一个必然的方向。本文探讨了利用实时操作系统laC／OS一Ⅱ来对数控多任务进行调度和管理，分析了laC／OS—II的移植以及它的特点和工作原理，根据系统的需要设计了插补、界面管理、通信等任务，利用laC／OS一Ⅱ的通信机制设计任务调度策略，让gtC／OS一Ⅱ对这些任务进行管理和调度，实现一个数控系统的基本功能。串行通信和LCD显示也是数控系统中的重要组成部分，论文对这些内容也进行了简单的研究和探讨。论文最后用C语言实现了基于双三次NURBS曲面的血轴

4、联动曲面实时插补算法，对插补算法进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。论文同时对}tC／OS—II的三兰三兰查兰三兰竺三兰些篓兰多任务调度进行了测试，以深圳英蓓特信息技术有限公司的S3CEV40丌发板为硬件平台，将“C／OS一Ⅱ移植到三星ARM芯片S3C44BOX，然后编写相关任务代码进行运行测试，并实现了PC和芯片S3C44BOX之间的串行通信以及芯片S3C44BOX的LCD显示。关键词：五轴联动插补算法；NURBS曲面；laC／OS一Ⅱ；多任务调度IIABSTRACTNowadays，NCsystemisdevelopingtOOpenNCsystem，

5、andnloreandmoreorganizationsandscholarsareengagedontheresearchinordertodevelopmoreopen，moreflexibleandmightierNCsystems．Withthistrend，thispaperemphasizesonafive。axissurfacereal-timeinterpolationalgorithm．Also，thepaperdiscussesthemultitaskdispatchofNCsystemsbasedonlaC／OS一／I，serialc

6、ommunicationbetweenPCandS3C44BOXanddisplayonLCDofS3C44BOX．Thefive—axissurfacereal—timeinterpolationalgorithmpresentedbythispaperisafive—axisSurfaceDirectInterpolation(SDI)basedonNon—UniformRationalB—Spline(NURBS)surface．WeknowthataNURBSsurfacecanbedeterminedbytwoparameters，andifas

7、eriesofvaluesofoneparameterarefoundfirstly，thusaseriesofNURBScurvesdeterminedbyanotherparametercanbefoundcorrespondingly．Ifwemachinethesurfacealongthesecurvesorderly，thewholesurfacecanbemachinedinthisway．’Fhemaincontentofthispaperincludes：thetheoryofNURBSrelatedwiththispaper，howtO

8、realizethezigzagtoolpath，thespeed