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882
项目分析/5axis-xyzbc-trt-sim执行过程分析.md
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882
项目分析/5axis-xyzbc-trt-sim执行过程分析.md
Normal file
@@ -0,0 +1,882 @@
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# 5axis-xyzbc-trt-sim 执行过程分析
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本文分析当前 LinuxCNC 源码树中 `5axis-xyzbc-trt-sim` 对应的仿真配置。实际入口配置文件为：
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```text
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configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.ini
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```
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该配置是一个 `axis` GUI + `basic_sim.tcl` 仿真 HAL + `xyzbc-trt-kins` 可切换运动学 + PyVCP/halui 控制面板 + Vismach 三维模型的五轴转台仿真。
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## 1. 启动入口
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如果从项目中已有快捷方式启动，入口文件是：
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```text
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linuxcnc-rtcp-5axis-shortcuts/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.desktop
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```
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其中的执行命令为：
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```bash
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/home/mes123456/linuxcnc-master/scripts/rip-environment linuxcnc /home/mes123456/linuxcnc-master/configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.ini
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```
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`rip-environment` 负责设置 RIP 开发环境，然后调用 `linuxcnc` 脚本并传入 `xyzbc-trt.ini`。
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`scripts/linuxcnc` 会读取 INI 中的关键段：
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- `[TASK] TASK = milltask`
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- `[HAL] HALUI = halui`
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- `[HAL] HALFILE = LIB:basic_sim.tcl`
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- `[DISPLAY] DISPLAY = axis`
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- `[KINS] KINEMATICS = xyzbc-trt-kins sparm=identityfirst`
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- `[TRAJ] COORDINATES = XYZBC`
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总体启动顺序如下：
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1. 启动 `linuxcncsvr`，创建和持有 NML 通道。
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2. 启动 realtime/HAL。
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3. 加载 `tpmod`、`homemod`。
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4. 启动 `[TASK] TASK = milltask`。
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5. 启动 `[HAL] HALUI = halui`。
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6. 执行 `[HAL] HALFILE = LIB:basic_sim.tcl`。
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7. 执行 INI 中所有 `[HAL] HALCMD = ...`。
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8. 执行 `halcmd start`，启动实时线程。
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9. 启动 `[DISPLAY] DISPLAY = axis`。
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## 2. INI 核心配置
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目标配置文件：
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```text
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configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.ini
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```
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关键内容：
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```ini
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[EMC]
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MACHINE = sim-xyzbc-trt-kins (switchkins)
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[DISPLAY]
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GEOMETRY = XYZB
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OPEN_FILE = ./demos/xyzbc_switchkins.ngc
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PYVCP = ./xyzbc-trt.xml
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JOG_AXES = XYZC
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DISPLAY = axis
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[RS274NGC]
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SUBROUTINE_PATH = ./remap_subs
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HAL_PIN_VARS = 1
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REMAP = M428 modalgroup=10 ngc=428remap
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REMAP = M429 modalgroup=10 ngc=429remap
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REMAP = M430 modalgroup=10 ngc=430remap
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PARAMETER_FILE = xyzbc.var
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[KINS]
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KINEMATICS = xyzbc-trt-kins sparm=identityfirst
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JOINTS = 5
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[TRAJ]
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COORDINATES = XYZBC
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LINEAR_UNITS = mm
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ANGULAR_UNITS = deg
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```
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`COORDINATES = XYZBC` 表示该配置使用 5 个坐标字母，对应 5 个 joint：
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- `joint.0` -> X
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- `joint.1` -> Y
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- `joint.2` -> Z
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- `joint.3` -> B
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- `joint.4` -> C
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||||
`sparm=identityfirst` 是本配置的重要细节。它改变了 `xyzbc-trt-kins` 的默认类型顺序，使启动时的 `switchkins-type 0` 是 identity kinematics。
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## 3. basic_sim.tcl 建立仿真 HAL
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INI 中：
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```ini
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[HAL]
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||||
HALFILE = LIB:basic_sim.tcl
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```
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对应文件：
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```text
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||||
lib/hallib/basic_sim.tcl
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lib/hallib/sim_lib.tcl
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```
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||||
`basic_sim.tcl` 读取 INI 中的坐标、joint 数、servo period，然后调用 `core_sim`。
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||||
`core_sim` 位于 `lib/hallib/sim_lib.tcl`，主要完成：
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1. 调用 `setup_kins` 加载 `[KINS] KINEMATICS` 指定的运动学模块。
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2. 加载 `motmod`。
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3. 将 `motion-command-handler` 和 `motion-controller` 加入 `servo-thread`。
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4. 为每个 joint 创建 `pid`。
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||||
5. 为每个 joint 创建 `mux2`。
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||||
6. 将 `joint.N.motor-pos-cmd` 经由 `pid`、`mux2` 接回 `joint.N.motor-pos-fb`，形成理想伺服仿真闭环。
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||||
7. 加载仿真回零、仿真主轴、手动换刀等用户态/实时组件。
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||||
运行后可生成等效 HAL 文件：
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```text
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt_cmds.hal
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```
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||||
其中关键 HAL 命令为：
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```hal
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||||
loadrt xyzbc-trt-kins sparm=identityfirst
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||||
loadrt motmod base_period_nsec=0 servo_period_nsec=1000000 num_joints=5
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||||
loadrt pid names=J0_pid,J1_pid,J2_pid,J3_pid,J4_pid
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||||
loadrt mux2 names=J0_mux,J1_mux,J2_mux,J3_mux,J4_mux
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||||
addf motion-command-handler servo-thread
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||||
addf motion-controller servo-thread
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```
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||||
每个 joint 的典型连接形态为：
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```hal
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net J0:pos-cmd joint.0.motor-pos-cmd => J0_pid.command
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||||
net J0:on-pos J0_pid.output => J0_mux.in1
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||||
net J0:pos-fb J0_mux.out => joint.0.motor-pos-fb
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```
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||||
这说明该仿真没有真实驱动器，反馈位置由仿真 HAL 直接产生。
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## 4. switchkins 初始化
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运动学源码入口：
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```text
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||||
src/emc/kinematics/xyzbc-trt-kins.c
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src/emc/kinematics/switchkins.c
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||||
src/emc/kinematics/trtfuncs.c
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||||
```
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||||
`xyzbc-trt-kins.c` 的 `switchkinsSetup()` 根据 `sparm` 配置三套运动学函数。
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||||
因为 INI 使用：
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```ini
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||||
KINEMATICS = xyzbc-trt-kins sparm=identityfirst
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```
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||||
所以实际类型顺序为：
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||||
- `switchkins-type 0`：identity kinematics
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- `switchkins-type 1`：xyzbc TRT kinematics
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||||
- `switchkins-type 2`：userk kinematics
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||||
如果没有 `identityfirst`，默认 type 0 才是 `xyzbc-trt-kins`。
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||||
`switchkins.c` 提供统一包装函数：
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||||
- `kinematicsForward()`
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||||
- `kinematicsInverse()`
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||||
- `kinematicsSwitch()`
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||||
- `kinematicsSwitchable()`
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||||
并创建状态 HAL pin：
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||||
- `kinstype.is-0`
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||||
- `kinstype.is-1`
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||||
- `kinstype.is-2`
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||||
启动时 `switchkins_type = 0`，随后调用 `kinematicsSwitch(0)`，因此本配置启动后处于 identity kinematics。
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## 5. xyzbc TRT 几何参数
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||||
`trtKinematicsSetup()` 位于：
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```text
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||||
src/emc/kinematics/trtfuncs.c
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```
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||||
它为 TRT 运动学创建 HAL 输入：
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- `xyzbc-trt-kins.x-rot-point`
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||||
- `xyzbc-trt-kins.y-rot-point`
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||||
- `xyzbc-trt-kins.z-rot-point`
|
||||
- `xyzbc-trt-kins.x-offset`
|
||||
- `xyzbc-trt-kins.y-offset`
|
||||
- `xyzbc-trt-kins.z-offset`
|
||||
- `xyzbc-trt-kins.tool-offset`
|
||||
- `xyzbc-trt-kins.conventional-directions`
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||||
INI 中对这些参数的设置和连接为：
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```hal
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||||
net :tool-offset motion.tooloffset.z
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||||
net :tool-offset xyzbc-trt-kins.tool-offset xyzbc-trt-gui.tool-offset
|
||||
net :x-offset xyzbc-trt-kins.x-offset xyzbc-trt-gui.x-offset
|
||||
net :z-offset xyzbc-trt-kins.z-offset xyzbc-trt-gui.z-offset
|
||||
sets :x-offset -20
|
||||
sets :z-offset -15
|
||||
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||||
setp xyzbc-trt-kins.x-rot-point 0
|
||||
setp xyzbc-trt-kins.y-rot-point 0
|
||||
setp xyzbc-trt-kins.z-rot-point 0
|
||||
setp xyzbc-trt-kins.conventional-directions 0
|
||||
```
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||||
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||||
因此实际计算中：
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||||
```text
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||||
dx = x-offset = -20
|
||||
dz = z-offset + tool-offset
|
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```
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||||
`tool-offset` 来自 `motion.tooloffset.z`，也就是 LinuxCNC 当前刀长补偿的 Z 分量。
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||||
## 6. xyzbc 正/逆运动学
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||||
`xyzbcKinematicsForward()` 位于：
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```text
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||||
src/emc/kinematics/trtfuncs.c
|
||||
```
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||||
它从 joint 坐标计算当前笛卡尔位姿：
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||||
```text
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||||
joints[X/Y/Z/B/C] -> EmcPose XYZBC
|
||||
```
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||||
|
||||
`xyzbcKinematicsInverse()` 从程序位姿计算 joint 目标：
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||||
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||||
```text
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||||
EmcPose XYZBC -> joints[X/Y/Z/B/C]
|
||||
```
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||||
关键输入包括：
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- X/Y/Z/B/C 指令位姿
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- B 轴角度
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||||
- C 轴角度
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||||
- `x-offset`
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||||
- `z-offset`
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||||
- `tool-offset`
|
||||
- 旋转中心 `x/y/z-rot-point`
|
||||
- `conventional-directions`
|
||||
|
||||
在 coordinated motion 中，motion 控制循环调用当前运动学的 inverse，将轨迹规划器输出的笛卡尔目标位置转换为 joint 目标。
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||||
路径为：
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||||
```text
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||||
trajectory planner
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||||
-> emcmotStatus->carte_pos_cmd
|
||||
-> kinematicsInverse()
|
||||
-> xyzbcKinematicsInverse()
|
||||
-> joint.N.coarse_pos
|
||||
-> joint.N.motor-pos-cmd
|
||||
-> 仿真 PID/mux
|
||||
-> joint.N.motor-pos-fb
|
||||
```
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||||
|
||||
反馈/状态更新时则通过 forward：
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||||
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||||
```text
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||||
joint feedback/cmd
|
||||
-> kinematicsForward()
|
||||
-> xyzbcKinematicsForward()
|
||||
-> 当前 XYZBC 位姿
|
||||
```
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||||
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||||
## 7. Vismach 可视化模型
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||||
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||||
INI 中启动 Vismach：
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||||
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||||
```hal
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||||
loadusr -W xyzbc-trt-gui
|
||||
```
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||||
对应文件：
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||||
```text
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||||
bin/xyzbc-trt-gui
|
||||
src/hal/user_comps/vismach/xyzbc-trt-gui.py
|
||||
```
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||||
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||||
`xyzbc-trt-gui.py` 创建 HAL 用户组件：
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||||
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||||
```python
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||||
c = hal.component("xyzbc-trt-gui")
|
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```
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||||
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||||
并创建输入 pin：
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||||
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||||
- `table-x`
|
||||
- `saddle-y`
|
||||
- `spindle-z`
|
||||
- `tilt-b`
|
||||
- `rotate-c`
|
||||
- `z-offset`
|
||||
- `x-offset`
|
||||
- `tool-offset`
|
||||
|
||||
INI 中连接为：
|
||||
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||||
```hal
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||||
net :table-x joint.0.pos-fb xyzbc-trt-gui.table-x
|
||||
net :saddle-y joint.1.pos-fb xyzbc-trt-gui.saddle-y
|
||||
net :spindle-z joint.2.pos-fb xyzbc-trt-gui.spindle-z
|
||||
net :tilt-b joint.3.pos-fb xyzbc-trt-gui.tilt-b
|
||||
net :rotate-c joint.4.pos-fb xyzbc-trt-gui.rotate-c
|
||||
```
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||||
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||||
因此 Vismach 显示的是 joint 反馈，不是直接显示 G-code 坐标。
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||||
|
||||
偏置和刀长补偿也传给 Vismach：
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||||
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||||
```hal
|
||||
net :tool-offset xyzbc-trt-kins.tool-offset xyzbc-trt-gui.tool-offset
|
||||
net :x-offset xyzbc-trt-kins.x-offset xyzbc-trt-gui.x-offset
|
||||
net :z-offset xyzbc-trt-kins.z-offset xyzbc-trt-gui.z-offset
|
||||
```
|
||||
|
||||
这样三维模型的几何位置和运动学计算使用同一组偏置。
|
||||
|
||||
## 8. PyVCP 面板与按钮
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||||
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||||
AXIS 根据：
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||||
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||||
```ini
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||||
[DISPLAY]
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||||
PYVCP = ./xyzbc-trt.xml
|
||||
```
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||||
|
||||
加载：
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||||
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||||
```text
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.xml
|
||||
```
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||||
|
||||
该 XML 创建一个 `SWITCHKINS` 面板，包含：
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||||
|
||||
- 多状态标签：`0:IDENTITY`、`1: XYZBC`、`2: USERK`
|
||||
- 按钮 `IDENTITY`
|
||||
- 按钮 `TCP:XYZBC`
|
||||
- 按钮 `userk`
|
||||
- 按钮 `vismach-clear`
|
||||
|
||||
AXIS 创建 PyVCP 组件后，再执行：
|
||||
|
||||
```ini
|
||||
[HAL]
|
||||
POSTGUI_HALFILE = switchkins_postgui.hal
|
||||
```
|
||||
|
||||
对应文件：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/switchkins_postgui.hal
|
||||
```
|
||||
|
||||
其中连接：
|
||||
|
||||
```hal
|
||||
net :kinstype.is-0 <= kinstype.is-0 => pyvcp.multilabel.0.legend0
|
||||
net :kinstype.is-1 <= kinstype.is-1 => pyvcp.multilabel.0.legend1
|
||||
net :kinstype.is-2 <= kinstype.is-2 => pyvcp.multilabel.0.legend2
|
||||
|
||||
net :type0-button <= pyvcp.type0-button => halui.mdi-command-00
|
||||
net :type1-button <= pyvcp.type1-button => halui.mdi-command-01
|
||||
net :type2-button <= pyvcp.type2-button => halui.mdi-command-02
|
||||
```
|
||||
|
||||
INI 中 `[HALUI]` 配置为：
|
||||
|
||||
```ini
|
||||
MDI_COMMAND = M429
|
||||
MDI_COMMAND = M428
|
||||
MDI_COMMAND = M430
|
||||
```
|
||||
|
||||
所以按钮和运动学类型的实际关系是：
|
||||
|
||||
- `IDENTITY` -> `halui.mdi-command-00` -> `M429` -> type 0
|
||||
- `TCP:XYZBC` -> `halui.mdi-command-01` -> `M428` -> type 1
|
||||
- `userk` -> `halui.mdi-command-02` -> `M430` -> type 2
|
||||
|
||||
## 9. M428/M429/M430 切换链路
|
||||
|
||||
remap 子程序位于：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/428remap.ngc
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/429remap.ngc
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/430remap.ngc
|
||||
```
|
||||
|
||||
由于本配置使用 `sparm=identityfirst`，实际映射为：
|
||||
|
||||
- `M429`：`#<kinstype> = 0`，identity
|
||||
- `M428`：`#<kinstype> = 1`，xyzbc TRT
|
||||
- `M430`：`#<kinstype> = 2`，userk
|
||||
|
||||
以 `M428` 为例，`428remap.ngc` 中核心语句为：
|
||||
|
||||
```ngc
|
||||
#<kinstype> = 1
|
||||
#<SWITCHKINS_PIN> = 3
|
||||
M68 E#<SWITCHKINS_PIN> Q#<kinstype>
|
||||
M66 E0 L0
|
||||
```
|
||||
|
||||
实际等价于：
|
||||
|
||||
```ngc
|
||||
M68 E3 Q1
|
||||
M66 E0 L0
|
||||
```
|
||||
|
||||
`M68 E3 Q1` 设置 `motion.analog-out-03 = 1`。
|
||||
|
||||
INI 已连接：
|
||||
|
||||
```hal
|
||||
net :kinstype-select <= motion.analog-out-03 => motion.switchkins-type
|
||||
```
|
||||
|
||||
因此完整切换路径为：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
PyVCP button
|
||||
-> halui.mdi-command-01
|
||||
-> M428
|
||||
-> 428remap.ngc
|
||||
-> M68 E3 Q1
|
||||
-> motion.analog-out-03 = 1
|
||||
-> motion.switchkins-type = 1
|
||||
-> motion servo thread 检测到变化
|
||||
-> handle_kinematicsSwitch()
|
||||
-> kinematicsSwitch(1)
|
||||
-> 激活 xyzbc TRT kinematics
|
||||
```
|
||||
|
||||
`M66 E0 L0` 用于强制解释器和 motion 同步，确保后续 G-code 在切换后的运动学类型下执行。
|
||||
|
||||
## 10. motion 伺服周期中的 switchkins 处理
|
||||
|
||||
motion 控制循环位于：
|
||||
|
||||
```text
|
||||
src/emc/motion/control.c
|
||||
```
|
||||
|
||||
每个 servo cycle 中会执行：
|
||||
|
||||
```c
|
||||
read_homing_in_pins(ALL_JOINTS);
|
||||
handle_kinematicsSwitch();
|
||||
process_inputs();
|
||||
do_forward_kins();
|
||||
...
|
||||
get_pos_cmds(period);
|
||||
...
|
||||
output_to_hal();
|
||||
```
|
||||
|
||||
`handle_kinematicsSwitch()` 的逻辑：
|
||||
|
||||
1. 如果当前运动学不可切换，直接返回。
|
||||
2. 读取 `motion.switchkins-type`。
|
||||
3. 如果值没变，直接返回。
|
||||
4. 如果值变化，调用 `kinematicsSwitch(new_type)`。
|
||||
5. 用当前 joint 位置做一次 forward kinematics。
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||||
6. 更新 `emcmotStatus->carte_pos_cmd`。
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7. 更新 trajectory planner 当前位姿。
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这一步很重要：切换运动学时，LinuxCNC 会用当前 joint 位置重新计算新的笛卡尔位置，避免轨迹规划器还停留在旧运动学解释下的位置。
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## 11. M68 到 motion analog output 的路径
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`M68` 在解释器中被转换为设置 analog output 的 canonical command。
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源码路径：
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```text
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src/emc/rs274ngc/interp_convert.cc
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src/emc/task/emccanon.cc
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src/emc/task/taskintf.cc
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src/emc/motion/command.c
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```
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核心过程：
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1. `interp_convert.cc` 识别 `M68 E... Q...`。
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2. 调用 `SET_AUX_OUTPUT_VALUE(index, value)`。
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3. `emccanon.cc` 生成 `EMC_MOTION_SET_AOUT`。
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4. task 层调用 `emcMotionSetAout()`。
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5. motion 收到 `EMCMOT_SET_AOUT`。
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6. `emcmotAioWrite(index, value)` 写入 `motion.analog-out-XX`。
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本配置中 index 为 3，所以写入：
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```text
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motion.analog-out-03
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```
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再通过 HAL net 传给：
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```text
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motion.switchkins-type
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```
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## 12. 演示 G-code 执行过程
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AXIS 启动后自动打开：
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```text
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configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/demos/xyzbc_switchkins.ngc
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```
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该文件内容很短：
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```ngc
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o<xyzbc_switchkins_sub> call [10] [5] [10][1000][3][0][20][45][20]
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||||
m2
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```
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它调用：
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```text
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configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/xyzbc_switchkins_sub.ngc
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```
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参数含义：
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- `zmax = 10`
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- `zmin = 5`
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- `r = 10`
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- `frate = 1000`
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- `n = 3`
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||||
- `a = 0`
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||||
- `b = 20`
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||||
- `c = 45`
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||||
- `dist = 20`
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`xyzbc_switchkins_sub.ngc` 在四个象限重复类似流程：
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```ngc
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M429
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||||
G53 G0 X0 Y0 Z#<zmax> B0 C0
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||||
G10 L20 P0 X0 Y0 Z#<zmax> B0 C0
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||||
G0 X... Y... Z#<zmax>
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||||
o<helix_bc> call [...]
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```
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也就是：
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1. 用 `M429` 切到 identity。
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2. 用 `G53` 在机床坐标中移动到安全位置。
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3. 用 `G10 L20 P0` 重设当前工件坐标系。
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4. 移动到当前象限的加工中心。
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5. 调用 `helix_bc`。
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`helix_bc.ngc` 的核心流程为：
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```ngc
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||||
M429
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||||
G0 X[#<_x> - #<r>]
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||||
G10 L20 P0 X0 Y0 Z#<zmax> B0 C0
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||||
M428
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||||
G0 B#<b> C#<c>
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||||
F#<frate> G2 I#<r> Z#<zmin> P#<n>
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||||
M429
|
||||
G0 X0 Y0 Z#<zmax> B0 C0
|
||||
G0 X[#<_x> + #<r>]
|
||||
M428
|
||||
```
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||||
含义：
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1. 先切回 identity，方便做直观的定位和坐标系设置。
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2. 调整 X 到圆弧起点。
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3. 重设 G54。
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4. `M428` 切换到 xyzbc TRT 运动学。
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||||
5. 移动 B/C 到指定角度。
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||||
6. 执行带 Z 下降的 `G2 ... P#<n>` 螺旋插补。
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||||
7. 切回 identity，回到安全位置。
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||||
8. 最后再次切到 xyzbc，保持显示/演示状态。
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## 13. 运行时数据流总览
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启动阶段：
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```text
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desktop/rip-environment
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-> scripts/linuxcnc
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||||
-> linuxcncsvr
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||||
-> realtime/HAL
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||||
-> milltask
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||||
-> halui
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||||
-> basic_sim.tcl
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||||
-> loadrt xyzbc-trt-kins sparm=identityfirst
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||||
-> loadrt motmod num_joints=5
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||||
-> HALCMD loadusr -W xyzbc-trt-gui
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||||
-> axis GUI
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||||
-> PyVCP
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||||
-> switchkins_postgui.hal
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||||
```
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||||
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||||
切换运动学：
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||||
```text
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||||
PyVCP button 或 G-code M428/M429/M430
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||||
-> remap ngc
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||||
-> M68 E3 Q<type>
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||||
-> motion.analog-out-03
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||||
-> motion.switchkins-type
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||||
-> handle_kinematicsSwitch()
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||||
-> kinematicsSwitch(type)
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||||
```
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||||
加工运动：
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||||
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```text
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||||
G-code XYZBC
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||||
-> interpreter
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||||
-> task
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||||
-> trajectory planner
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||||
-> emcmotStatus->carte_pos_cmd
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||||
-> kinematicsInverse()
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||||
-> xyzbcKinematicsInverse() 或 identityKinematicsInverse()
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||||
-> joint.N.motor-pos-cmd
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||||
-> pid/mux 仿真闭环
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||||
-> joint.N.motor-pos-fb
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||||
-> Vismach 显示
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```
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||||
反馈显示：
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||||
```text
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joint.N.pos-fb
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||||
-> xyzbc-trt-gui table/saddle/spindle/tilt/rotate pins
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||||
-> Vismach 三维模型
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||||
kinstype.is-N
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||||
-> pyvcp.multilabel
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||||
-> SWITCHKINS 面板显示当前类型
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```
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## 14. 关键结论
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该仿真不是简单的五个独立轴显示程序，而是一个完整的 switchkins 示例：
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1. 启动默认是 identity kinematics，因为 `sparm=identityfirst`。
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2. `M429` 选择 identity，即 `switchkins-type 0`。
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||||
3. `M428` 选择 xyzbc TRT，即 `switchkins-type 1`。
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||||
4. `M430` 选择 userk，即 `switchkins-type 2`。
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||||
5. 运动学切换不是按钮直接写运动学模块，而是经过 `halui -> MDI -> remap -> M68 -> motion.analog-out-03 -> motion.switchkins-type`。
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||||
6. `xyzbcKinematicsInverse()` 是 RTCP/TCP 行为的核心，它根据 XYZBC 指令、B/C 角度、转台偏置和刀长补偿计算 joint 目标。
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||||
7. Vismach 使用 joint feedback 和同一组几何偏置显示机床模型，因此可视化结果跟运动学参数保持一致。
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||||
8. 演示程序通过 identity 与 xyzbc TRT 之间反复切换，展示了在普通机床坐标定位和五轴 TCP 加工之间切换的完整过程。
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## 15. 主要相关文件清单
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配置入口：
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```text
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.ini
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```
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||||
HAL/GUI：
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||||
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||||
```text
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.xml
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/switchkins_postgui.hal
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt_cmds.hal
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||||
src/hal/user_comps/vismach/xyzbc-trt-gui.py
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||||
bin/xyzbc-trt-gui
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||||
```
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||||
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||||
G-code/remap：
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||||
```text
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/demos/xyzbc_switchkins.ngc
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/xyzbc_switchkins_sub.ngc
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/helix_bc.ngc
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/428remap.ngc
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||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/429remap.ngc
|
||||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/430remap.ngc
|
||||
```
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||||
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||||
运动学源码：
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||||
```text
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||||
src/emc/kinematics/xyzbc-trt-kins.c
|
||||
src/emc/kinematics/trtfuncs.c
|
||||
src/emc/kinematics/switchkins.c
|
||||
src/emc/kinematics/userkfuncs.c
|
||||
include/kinematics.h
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||||
```
|
||||
|
||||
motion/task/interpreter 相关：
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||||
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||||
```text
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||||
src/emc/motion/motion.c
|
||||
src/emc/motion/control.c
|
||||
src/emc/motion/command.c
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||||
src/emc/rs274ngc/interp_convert.cc
|
||||
src/emc/task/emccanon.cc
|
||||
src/emc/task/taskintf.cc
|
||||
```
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||||
|
||||
启动脚本和 HAL 库：
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||||
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```text
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||||
scripts/linuxcnc
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||||
scripts/rip-environment
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||||
lib/hallib/basic_sim.tcl
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||||
lib/hallib/sim_lib.tcl
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||||
```
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||||
## 16. 与 LinuxCNC 数据系统核心原理的对应关系
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||||
`xyzbc-trt` 仿真可以看作 LinuxCNC 数据系统的一次完整穿透：从 INI 装配，到 NML 命令，到 task/interpreter，到 motion 实时共享内存，到 HAL pin/signal，再到 Vismach 显示。
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### 16.1 INI 是装配入口
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`xyzbc-trt.ini` 决定系统启动时要加载的主要对象：
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||||
```ini
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||||
[DISPLAY] DISPLAY = axis
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||||
[DISPLAY] PYVCP = ./xyzbc-trt.xml
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||||
[DISPLAY] OPEN_FILE = ./demos/xyzbc_switchkins.ngc
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||||
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||||
[KINS] KINEMATICS = xyzbc-trt-kins sparm=identityfirst
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||||
[KINS] JOINTS = 5
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||||
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||||
[TRAJ] COORDINATES = XYZBC
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||||
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||||
[HAL] HALFILE = LIB:basic_sim.tcl
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||||
[HAL] POSTGUI_HALFILE = switchkins_postgui.hal
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||||
```
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||||
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||||
INI 本身不做实时控制，它描述“系统应该如何装配”。真正的运行时数据交换由 NML、motion shared memory 和 HAL 完成。
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||||
### 16.2 NML 负责 GUI/halui/task 命令与状态
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||||
当用户点击 PyVCP 按钮时，按钮并不直接写 `motion.switchkins-type`。实际路径是：
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```text
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||||
PyVCP button
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||||
-> halui.mdi-command-N
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||||
-> halui 通过 NML 发送 MDI 命令
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||||
-> milltask 接收命令
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||||
-> interpreter 执行 M428/M429/M430 remap
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||||
```
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||||
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||||
这体现了 LinuxCNC 的基本原则：GUI 和 halui 表达操作意图，task 负责调度和合法性，motion 负责实时执行。
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### 16.3 Interpreter/Canonical 层把 M428 转成 motion 能执行的动作
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||||
`M428` 并不是 motion 原生命令，而是 remap 子程序：
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```ngc
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M68 E3 Q1
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||||
M66 E0 L0
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```
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||||
解释器把 `M68 E3 Q1` 转换为 canonical motion output command，最终由 task 发送给 motion：
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||||
```text
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||||
M68 E3 Q1
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||||
-> SET_AUX_OUTPUT_VALUE(3, 1)
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||||
-> EMC_MOTION_SET_AOUT
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||||
-> emcMotionSetAout()
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||||
-> usrmotWriteEmcmotCommand()
|
||||
-> realtime motion command shared memory
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||||
```
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||||
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||||
这说明 G-code 的作用不是直接改 HAL，而是通过解释器和 task 进入 motion。
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||||
### 16.4 Motion shared memory 是 task 和实时 motion 的边界
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||||
task 写入 `emcmot_command_t`，实时 motion 读取并执行。motion 每个 servo cycle 更新 `emcmot_status_t`，task 再把它汇总到 `EMC_STAT`。
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||||
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||||
在 `xyzbc-trt` 中，`M68 E3 Q1` 最终被 motion 执行为：
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||||
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||||
```text
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||||
motion.analog-out-03 = 1
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||||
```
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||||
|
||||
然后 HAL 连接把这个值传给：
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||||
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||||
```text
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||||
motion.switchkins-type = 1
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||||
```
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||||
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||||
### 16.5 HAL 是实时信号网络
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||||
本配置最关键的 HAL net 是：
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||||
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||||
```hal
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||||
net :kinstype-select <= motion.analog-out-03 => motion.switchkins-type
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||||
```
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||||
|
||||
它的本质是让两个 HAL pin 共享同一个 signal 值：
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||||
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||||
```text
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||||
writer: motion.analog-out-03
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||||
signal: :kinstype-select
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||||
reader: motion.switchkins-type
|
||||
```
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||||
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||||
servo-thread 中 `handle_kinematicsSwitch()` 读取 `motion.switchkins-type`，发现从 0 变成 1 后调用：
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||||
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||||
```text
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||||
kinematicsSwitch(1)
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||||
```
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||||
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||||
于是当前运动学从 identity 切换到 xyzbc TRT。
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||||
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### 16.6 Vismach 是 HAL 数据消费者
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||||
Vismach 模型不参与 NML，也不参与 motion command 调度。它作为 HAL 用户组件读取 pin：
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||||
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||||
```hal
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||||
joint.0.pos-fb -> xyzbc-trt-gui.table-x
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||||
joint.1.pos-fb -> xyzbc-trt-gui.saddle-y
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||||
joint.2.pos-fb -> xyzbc-trt-gui.spindle-z
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||||
joint.3.pos-fb -> xyzbc-trt-gui.tilt-b
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||||
joint.4.pos-fb -> xyzbc-trt-gui.rotate-c
|
||||
```
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||||
|
||||
因此 Vismach 显示的是 HAL 中的 joint feedback 快照，而不是直接读取 G-code 或 motion 内部轨迹队列。
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||||
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||||
### 16.7 该配置的数据链总图
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||||
```text
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||||
INI 装配
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||||
-> basic_sim.tcl 加载 motion/k 等 HAL 模块
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||||
-> AXIS 创建 PyVCP
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||||
-> PyVCP 按钮触发 halui MDI
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||||
-> NML command 到 milltask
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||||
-> interpreter 执行 M428/M429/M430 remap
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||||
-> M68 变成 EMC_MOTION_SET_AOUT
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||||
-> task 写 emcmot_command_t
|
||||
-> realtime motion 写 motion.analog-out-03
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||||
-> HAL net 传给 motion.switchkins-type
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||||
-> servo-thread 切换 kinematics
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||||
-> inverse kinematics 生成 joint 目标
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||||
-> 仿真 PID/mux 生成 joint feedback
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||||
-> Vismach 读取 HAL feedback 显示机床
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||||
-> motion status 汇总到 EMC_STAT
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||||
-> AXIS/halui 显示状态
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||||
```
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||||
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||||
详细通用原理见：
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||||
```text
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||||
项目分析/LinuxCNC数据系统核心原理.md
|
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```
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||||
Reference in New Issue
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