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# AXIS 主控制按钮功能、先决条件与机床状态影响详解
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本文档单独整理 `5axis-xyzbc-trt-sim` 配置在 AXIS 界面中常用主控制按钮的执行条件、状态影响和对应程序链路。目标配置为：
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configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.ini
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```
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该配置使用：
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- GUI：`[DISPLAY] DISPLAY = axis`
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- 任务进程：`[TASK] TASK = milltask`
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- HAL 仿真闭环：`[HAL] HALFILE = LIB:basic_sim.tcl`
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- 默认打开程序：`[DISPLAY] OPEN_FILE = ./demos/xyzbc_switchkins.ngc`
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- 运动学：`[KINS] KINEMATICS = xyzbc-trt-kins sparm=identityfirst`
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- 关节数：`[KINS] JOINTS = 5`
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## 1. 状态和模式基础
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AXIS 主按钮最终通过 Python `linuxcnc.command()` 对象发送 NML 命令给 `milltask`。常见状态如下：
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| 名称 | LinuxCNC 常量 | 含义 |
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|---|---|---|
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| 急停中 | `STATE_ESTOP` | 急停有效，机床关闭，运动禁止 |
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| 急停已解除但未上电 | `STATE_ESTOP_RESET` | 急停链释放，机床仍未使能 |
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| 下电 | `STATE_OFF` | 机床未使能；Python 扩展说明中等价于急停复位后的 off 状态 |
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| 上电 | `STATE_ON` | 急停释放且机床使能，可回零、MDI、自动运行 |
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常见任务模式如下：
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| 名称 | LinuxCNC 常量 | 用途 |
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|---|---|---|
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| 手动 | `MODE_MANUAL` | 回零、点动、手动操作 |
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| MDI | `MODE_MDI` | 执行单行 MDI 指令 |
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| 自动 | `MODE_AUTO` | 执行已装载 G-code 程序 |
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核心源码位置：
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```text
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src/emc/usr_intf/axis/scripts/axis.py
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src/emc/usr_intf/axis/extensions/emcmodule.cc
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src/emc/task/emctaskmain.cc
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src/emc/task/emctask.cc
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src/emc/task/taskintf.cc
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src/emc/nml_intf/emc_nml.hh
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```
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## 2. 按钮总表
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| 按钮/动作 | AXIS 回调函数 | Python API | NML 命令 | 主要先决条件 | 主要状态影响 |
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|---|---|---|---|---|---|
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| 急停 | `estop_clicked()` | `c.state(STATE_ESTOP)` | `EMC_TASK_SET_STATE` | LinuxCNC 已运行；通常任意非急停状态都可触发 | 中止运动、主轴、冷却；使能关闭；进入 `STATE_ESTOP` |
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| 解除急停 | `estop_clicked()` | `c.state(STATE_ESTOP_RESET)` | `EMC_TASK_SET_STATE` | 当前为 `STATE_ESTOP` | 释放急停链；仍未上电；进入 `STATE_ESTOP_RESET` |
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| 上电 | `onoff_clicked()` | `c.state(STATE_ON)` | `EMC_TASK_SET_STATE` | 当前为 `STATE_ESTOP_RESET` | 轨迹/运动使能；进入 `STATE_ON` |
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| Home | `home_all_joints()` / `home_joint()` | `c.home(joint)` | `EMC_JOINT_HOME` | `STATE_ON`；解释器空闲；手动模式；没有正在回零的关节 | 指定关节或全部关节回零，`homed[]` 变为 true |
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| 执行程序 | `task_run()` | `c.auto(AUTO_RUN, line)` | `EMC_TASK_PLAN_RUN` | 上电、已回零、程序已打开、通过运行前检查 | 切入自动模式，解释器进入 `READING`，开始运行 G-code |
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| 暂停 | `task_pause()` | `c.auto(AUTO_PAUSE)` | `EMC_TASK_PLAN_PAUSE` | 自动模式；解释器处于 `READING` 或 `WAITING` | 轨迹暂停，解释器状态保存为 `PAUSED`，`task_paused=1` |
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| 恢复暂停 | `task_resume()` / `task_pauseresume()` | `c.auto(AUTO_RESUME)` | `EMC_TASK_PLAN_RESUME` | 当前已暂停；自动或 MDI 模式；未被 `resume-inhibit` 禁止 | 轨迹恢复，解释器返回暂停前状态，`task_paused=0` |
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| 单步执行 | `task_step()` | `c.auto(AUTO_STEP)` | `EMC_TASK_PLAN_STEP` | 自动模式且解释器空闲；若不是空闲会先做运行警告检查 | 打开 single step，一次推进一个解释/运动步骤 |
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## 3. 急停
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### 3.1 执行入口
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AXIS 中急停按钮和 `F1` 键使用同一个回调：
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```python
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def estop_clicked(event=None):
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s.poll()
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if s.task_state == linuxcnc.STATE_ESTOP:
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c.state(linuxcnc.STATE_ESTOP_RESET)
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else:
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c.state(linuxcnc.STATE_ESTOP)
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```
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按下时如果当前不是 `STATE_ESTOP`，就是执行急停；如果当前已经是 `STATE_ESTOP`，就是解除急停。
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### 3.2 先决条件
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- LinuxCNC 已启动，AXIS 可读取状态并可向 command channel 发送命令。
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- 不要求当前在手动、MDI 或自动模式。
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- 不要求程序空闲；急停是最高优先级安全动作，可在运动中触发。
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### 3.3 机床状态影响
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急停发送：
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```text
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c.state(linuxcnc.STATE_ESTOP)
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```
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Python 扩展生成：
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```text
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EMC_TASK_SET_STATE(state = ESTOP)
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```
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`milltask` 调用：
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```text
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emcTaskSetState(EMC_TASK_STATE::ESTOP)
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```
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主要影响：
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- `emcMotionAbort()`：立即中止当前运动。
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- `emcSpindleAbort()`：中止主轴。
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- `emcAuxEstopOn()`：置 IO 急停。
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- `emcTrajDisable()`：关闭轨迹/运动使能。
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- `emcCoolantFloodOff()`：关闭冷却。
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- `emcTaskAbort()`：中止任务层正在执行的程序/MDI。
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- `emcIoAbort(TASK_STATE_ESTOP)`：通知 IO 层急停原因。
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- `emcJointUnhome(-2)`：仅清除配置为 volatile home 的关节回零状态。
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- `emcTaskPlanSynch()`：同步解释器/任务计划状态。
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在本仿真配置中，`basic_sim.tcl` 把 `motion.motion-enabled` 接到仿真伺服闭环选择信号。急停后 motion disabled，仿真反馈保持当前位置，不再跟随新的 `joint.N.motor-pos-cmd`。
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## 4. 解除急停
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### 4.1 执行入口
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仍然是 AXIS 的 `estop_clicked()`。当前状态为 `STATE_ESTOP` 时，按钮执行：
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```text
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c.state(linuxcnc.STATE_ESTOP_RESET)
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```
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### 4.2 先决条件
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- 当前必须处于 `STATE_ESTOP`，否则同一个按钮会变成“急停”动作。
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- 外部急停链、HAL 急停反馈需要允许复位。本仿真中 `basic_sim.tcl` 使用回环：
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```text
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iocontrol.0.user-enable-out -> iocontrol.0.emc-enable-in
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```
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所以没有真实硬件急停链阻塞。
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### 4.3 机床状态影响
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`emcTaskSetState(ESTOP_RESET)` 主要执行：
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- `emcAuxEstopOff()`：释放急停。
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- `emcCoolantFloodOff()`：保持冷却关闭。
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- `emcTaskAbort()`：清理任务执行状态。
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- `emcIoAbort(TASK_STATE_ESTOP_RESET)`：通知 IO 层状态变化。
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- `emcSpindleAbort()`：确保主轴停止。
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- `emcAbortCleanup()`：清理 abort 状态。
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- `emcTaskPlanSynch()`：同步解释器。
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解除急停后机床仍然没有上电，状态是：
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```text
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STATE_ESTOP_RESET
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```
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此时不能执行 Home、MDI 或自动运行，需要再按“上电”。
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## 5. 上电
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### 5.1 执行入口
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AXIS 中上电/下电按钮和 `F2` 键使用：
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```python
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def onoff_clicked(event=None):
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s.poll()
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if s.task_state == linuxcnc.STATE_ESTOP_RESET:
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c.state(linuxcnc.STATE_ON)
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...
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else:
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c.state(linuxcnc.STATE_OFF)
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```
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因此该按钮也是切换按钮：当前为 `STATE_ESTOP_RESET` 时执行上电；否则执行下电。
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### 5.2 先决条件
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- 必须先解除急停，当前状态为 `STATE_ESTOP_RESET`。
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- 如果当前仍为 `STATE_ESTOP`，点击该按钮不会上电，而会进入 `STATE_OFF` 分支，实际无法达到可运动状态。
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### 5.3 机床状态影响
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上电发送：
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```text
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c.state(linuxcnc.STATE_ON)
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```
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`emcTaskSetState(ON)` 主要执行：
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- `emcTrajEnable()`：向实时 motion 发送 `EMCMOT_ENABLE`。
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- `emcCoolantFloodOff()`：确保冷却默认关闭。
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上电后：
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- `task_state = STATE_ON`
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- 运动系统使能。
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- `motion.motion-enabled` 为真。
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- 本仿真 HAL 中各关节 PID pass-through 被允许，`joint.N.motor-pos-cmd` 可通过仿真闭环更新到 `joint.N.motor-pos-fb`。
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### 5.4 下电补充
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如果机器已经不是 `STATE_ESTOP_RESET`，同一个按钮会发送：
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```text
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c.state(linuxcnc.STATE_OFF)
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```
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下电影响包括中止运动、关闭轨迹使能、通知 IO、清理任务、同步解释器，并清除 volatile home 关节的回零状态。
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## 6. Home
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### 6.1 执行入口
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本配置 5 个关节都设置了：
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```ini
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HOME_SEARCH_VEL = 0
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HOME_SEQUENCE = 0
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```
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AXIS 会显示 `Home All` 按钮。按钮执行：
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```python
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def home_all_joints(event=None):
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if not manual_ok(): return
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ensure_mode(linuxcnc.MODE_MANUAL)
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...
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go_home(-1)
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```
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`Home` 键可执行当前选择关节的 `home_joint()`，`Ctrl-Home` 执行全部回零。
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`go_home()` 内部执行：
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```python
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set_motion_teleop(0)
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c.home(num)
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c.wait_complete()
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```
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其中 `num = -1` 表示全部关节。
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### 6.2 先决条件
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Home All 的主要条件：
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- `manual_ok()` 为真：
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- `task_state == STATE_ON`
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- 解释器空闲，或者 MDI 队列仍允许用户动作
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- AXIS 会切换到 `MODE_MANUAL`。
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- 当前没有任何关节正在回零；`go_home()` 会检查 `s.joint[j]["homing"]`。
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- 如果已经全部回零，AXIS 会弹出确认提示。
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单个关节 Home 的额外条件：
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- 如果选择的是坐标轴字母，并且当前运动学不是 identity，AXIS 会提示使用 joint mode 回零并拒绝直接按轴回零。
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- 对重复坐标字母配置，AXIS 禁止按轴单独回零。
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本配置启动默认是 `sparm=identityfirst`，即 `switchkins-type = 0` 为 identity，适合先回零。
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### 6.3 机床状态影响
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Home 发送：
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```text
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c.home(joint)
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```
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Python 扩展生成：
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```text
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EMC_JOINT_HOME(joint = -1 或具体关节号)
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```
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`milltask` 调用：
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```text
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emcJointHome(joint)
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```
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`taskintf.cc` 再向实时 motion 发送：
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```text
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EMCMOT_JOINT_HOME
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```
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本仿真使用 `basic_sim.tcl` 的 `simulated_home`，为每个关节建立：
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```text
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joint.N.home-sw-in
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```
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由于 `HOME_SEARCH_VEL = 0`，这是仿真中的立即/简化回零方式。完成后：
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- 对应 `s.homed[N]` 变为 true。
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- `Home All` 后 5 个关节均为已回零。
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- 只有已回零后，普通配置才允许自动运行程序；`emctaskmain.cc` 中 `EMC_TASK_PLAN_RUN` 会检查 `all_homed()`。
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## 7. 执行程序
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### 7.1 执行入口
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AXIS 运行按钮和 `r` 键执行：
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||
```python
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def task_run(*event):
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||
res = run_warn()
|
||
...
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||
ensure_mode(linuxcnc.MODE_AUTO)
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||
c.auto(linuxcnc.AUTO_RUN, program_start_line)
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||
```
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||
当前配置启动时自动打开：
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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]
|
||
m2
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||
```
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||
实际加工/演示逻辑在：
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||
```text
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||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/xyzbc_switchkins_sub.ngc
|
||
configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/remap_subs/helix_bc.ngc
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||
```
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### 7.2 先决条件
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AXIS 层：
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- 程序已经打开。
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- `run_warn()` 运行前检查通过，或用户选择忽略软限位警告继续运行。
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- AXIS 能切换到 `MODE_AUTO`。
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任务层：
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||
- 机床需要处于可运行状态，通常为 `STATE_ON`。
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||
- 必须已经回零，除非配置关闭强制回零。`emctaskmain.cc` 对 `EMC_TASK_PLAN_RUN` 检查：
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||
```text
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||
if (!all_homed() && !no_force_homing) {
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||
"Can't run a program when not homed"
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}
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||
```
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|
||
### 7.3 机床状态影响
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||
运行按钮发送：
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||
```text
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||
c.auto(linuxcnc.AUTO_RUN, program_start_line)
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||
```
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||
Python 扩展生成：
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```text
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||
EMC_TASK_PLAN_RUN(line = program_start_line)
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```
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||
任务层影响：
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||
- 清除 single stepping：
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- `motion.traj.single_stepping = 0`
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- `stepping = 0`
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||
- 如果 task plan 尚未打开且有文件名，则打开当前 G-code 文件。
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||
- 设置 `programStartLine`。
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||
- 设置解释器状态：
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```text
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||
interpState = READING
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||
task_paused = 0
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```
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||
之后解释器读取 G-code，生成 canonical commands，经 `taskintf` 下发给 realtime motion，motion 在伺服周期中计算轨迹和各 joint 命令。
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||
### 7.4 对当前演示程序的影响
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||
`xyzbc_switchkins_sub.ngc` 会在四个象限重复执行：
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||
1. `M429` 切换到 identity。
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||
2. `G53 G0 X0 Y0 Z... B0 C0` 回到机床坐标安全姿态。
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||
3. `G10 L20 P0 ...` 设置 G54。
|
||
4. 移动到当前象限中心。
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||
5. 调用 `helix_bc` 执行带 B/C 姿态的螺旋轨迹。
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||
其中 `M428/M429/M430` 是 remap：
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||
- `M429`：`motion.switchkins-type = 0`，identity。
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||
- `M428`：`motion.switchkins-type = 1`，xyzbc TRT。
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||
- `M430`：`motion.switchkins-type = 2`，userk。
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||
remap 通过：
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```ngc
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||
M68 E3 Q#<kinstype>
|
||
M66 E0 L0
|
||
```
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||
把数值写入 `motion.analog-out-03`，再由 INI 中 HAL 网络连接到：
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||
```text
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||
motion.switchkins-type
|
||
```
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||
## 8. 暂停
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### 8.1 执行入口
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||
AXIS 暂停按钮和 `p` 键执行：
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||
```python
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def task_pause(*event):
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||
if s.task_mode != linuxcnc.MODE_AUTO or \
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||
s.interp_state not in (linuxcnc.INTERP_READING, linuxcnc.INTERP_WAITING):
|
||
return
|
||
ensure_mode(linuxcnc.MODE_AUTO)
|
||
c.auto(linuxcnc.AUTO_PAUSE)
|
||
```
|
||
|
||
### 8.2 先决条件
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||
|
||
- 当前必须在 `MODE_AUTO`。
|
||
- 解释器状态必须是：
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||
- `INTERP_READING`：正在读程序
|
||
- `INTERP_WAITING`：等待运动或 IO 完成
|
||
- 如果程序已经空闲、已经暂停、处于手动或 MDI，AXIS 直接返回，不发送暂停命令。
|
||
|
||
### 8.3 机床状态影响
|
||
|
||
暂停发送：
|
||
|
||
```text
|
||
EMC_TASK_PLAN_PAUSE
|
||
```
|
||
|
||
任务层执行：
|
||
|
||
```text
|
||
emcTrajPause()
|
||
interpResumeState = 当前解释器状态
|
||
interpState = PAUSED
|
||
task_paused = 1
|
||
```
|
||
|
||
效果：
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||
|
||
- 轨迹规划暂停。
|
||
- 已进入 motion 队列的运动按 LinuxCNC pause 逻辑停止/保持。
|
||
- AXIS 状态显示为 paused。
|
||
- 后续恢复会回到 `interpResumeState`。
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||
|
||
## 9. 恢复暂停
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||
|
||
### 9.1 执行入口
|
||
|
||
AXIS 恢复按钮和 `s` 键执行：
|
||
|
||
```python
|
||
def task_resume(*event):
|
||
s.poll()
|
||
if not s.paused:
|
||
return
|
||
if s.task_mode not in (linuxcnc.MODE_AUTO, linuxcnc.MODE_MDI):
|
||
return
|
||
ensure_mode(linuxcnc.MODE_AUTO, linuxcnc.MODE_MDI)
|
||
c.auto(linuxcnc.AUTO_RESUME)
|
||
```
|
||
|
||
AXIS 的暂停/恢复合并按钮 `task_pauseresume()` 还会检查：
|
||
|
||
```text
|
||
resume-inhibit
|
||
```
|
||
|
||
如果该 HAL pin 为真，则禁止恢复。本配置中 AXIS 创建了 `axisui.resume-inhibit` 输入 pin，但 `xyzbc-trt.ini` 没有把它接到其他信号，默认不阻塞恢复。
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||
### 9.2 先决条件
|
||
|
||
- 当前必须已经暂停，即 `s.paused` 为真。
|
||
- 当前模式必须是 `MODE_AUTO` 或 `MODE_MDI`。
|
||
- 对合并暂停/恢复按钮，`resume-inhibit` 不能为真。
|
||
|
||
### 9.3 机床状态影响
|
||
|
||
恢复发送：
|
||
|
||
```text
|
||
EMC_TASK_PLAN_RESUME
|
||
```
|
||
|
||
任务层执行：
|
||
|
||
```text
|
||
emcTrajResume()
|
||
interpState = interpResumeState
|
||
task_paused = 0
|
||
motion.traj.single_stepping = 0
|
||
stepping = 0
|
||
steppingWait = 0
|
||
```
|
||
|
||
效果：
|
||
|
||
- 轨迹恢复。
|
||
- 解释器继续从暂停点运行。
|
||
- 关闭单步状态，回到连续运行。
|
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||
## 10. 单步执行
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||
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### 10.1 执行入口
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AXIS 单步按钮和 `t` 键执行：
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```python
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def task_step(*event):
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if s.task_mode != linuxcnc.MODE_AUTO or s.interp_state != linuxcnc.INTERP_IDLE:
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o.set_highlight_line(None)
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if run_warn(): return
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ensure_mode(linuxcnc.MODE_AUTO)
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c.auto(linuxcnc.AUTO_STEP)
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```
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### 10.2 先决条件
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常见使用方式：
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- 机床上电。
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- 已回零。
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- 程序已打开。
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- 当前可切换到 `MODE_AUTO`。
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- 如果不是自动空闲状态，AXIS 会先清除高亮并执行 `run_warn()` 检查；如果用户取消或检查失败，则不单步。
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任务层对第一次单步有特殊处理：
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- 如果自动模式空闲时收到 `EMC_TASK_PLAN_STEP`，会先发起从第 0 行运行，再立即暂停轨迹，使程序进入单步逻辑。
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### 10.3 机床状态影响
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单步发送：
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```text
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EMC_TASK_PLAN_STEP
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```
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任务层按当前执行阶段处理：
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- 在自动空闲初次单步时：
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- 创建 `EMC_TASK_PLAN_RUN(line=0)`
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- 执行 run
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- 调用 `emcTrajPause()`
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- 在解释器读取/等待/暂停过程中：
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- `motion.traj.single_stepping = 1`
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- `stepping = 1`
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- `steppingWait = 0`
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- 如果轨迹队列已有暂停运动，单步会推进队列中的下一步
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效果：
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- 每次点击只推进一个解释/运动步骤。
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- 与“恢复暂停”不同，单步不会切回连续运行。
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- 恢复暂停会清除 single stepping。
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## 11. 当前 5 轴仿真配置的特殊注意点
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### 11.1 启动默认不能直接运行
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启动后通常处于急停或未上电状态。正确顺序是：
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```text
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解除急停 -> 上电 -> Home All -> 执行程序
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```
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如果未回零直接执行程序，任务层会报：
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```text
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Can't run a program when not homed
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```
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### 11.2 Home 与 switchkins 的关系
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本配置 `sparm=identityfirst`，启动默认：
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```text
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motion.switchkins-type = 0
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```
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也就是 identity kinematics。回零应优先在 identity 下完成。演示程序内部也会反复使用 `M429` 回到 identity 后再做安全定位和坐标设置。
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### 11.3 执行程序与 PyVCP 运动学按钮的关系
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主运行按钮执行当前打开的 G-code。右侧 PyVCP 的：
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- `IDENTITY`
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- `TCP:XYZBC`
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- `userk`
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不是主运行控制按钮，它们通过 `switchkins_postgui.hal` 接到：
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```text
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halui.mdi-command-00 -> M429
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halui.mdi-command-01 -> M428
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halui.mdi-command-02 -> M430
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```
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这些按钮本质是发送 MDI 命令切换运动学，不负责运行、暂停或恢复程序。
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### 11.4 仿真 HAL 对状态的响应
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`basic_sim.tcl` 建立的关键闭环：
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```text
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iocontrol.0.user-enable-out -> iocontrol.0.emc-enable-in
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motion.motion-enabled -> JN_mux.sel
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joint.N.amp-enable-out -> JN_pid.enable
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joint.N.motor-pos-cmd -> JN_pid.command
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JN_pid.output -> JN_mux.in1
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JN_mux.out -> joint.N.motor-pos-fb
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```
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因此：
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- 急停/下电会关闭 motion enable，反馈保持，不继续跟随命令。
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- 上电后 motion enable 打开，仿真伺服闭环重新允许命令传递到反馈。
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- Home 通过 `sim_home_switch` 给每个 `joint.N.home-sw-in` 提供模拟 home switch。
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## 12. 推荐操作流程
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启动：
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```bash
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cd /home/mes123456/linuxcnc-master
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scripts/rip-environment linuxcnc configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.ini
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```
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标准执行顺序：
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```text
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1. 点击急停按钮或 F1：解除急停，使状态到 STATE_ESTOP_RESET。
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2. 点击上电按钮或 F2：进入 STATE_ON。
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3. 点击 Home All 或 Ctrl-Home：5 个关节全部回零。
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4. 确认已打开 demos/xyzbc_switchkins.ngc。
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5. 点击 Run 或按 r：进入 MODE_AUTO 并执行程序。
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6. 需要临时停止时按 Pause 或 p。
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7. 需要继续时按 Resume 或 s。
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8. 需要逐步观察时按 Step 或 t。
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9. 任何异常情况下按 F1 急停。
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```
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## 13. 对应程序链路汇总
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### 13.1 急停、解除急停、上电
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```text
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AXIS 按钮/F1/F2
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-> axis.py estop_clicked() / onoff_clicked()
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-> linuxcnc.command().state(...)
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-> emcmodule.cc state()
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-> EMC_TASK_SET_STATE
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-> emctaskmain.cc emcTaskIssueCommand()
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-> emctask.cc emcTaskSetState()
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-> taskintf.cc emcTrajEnable/Disable, emcMotionAbort
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-> realtime motion / IO / HAL 状态变化
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```
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### 13.2 Home
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```text
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AXIS Home All / Home Joint / Ctrl-Home / Home
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-> axis.py home_all_joints() / home_joint()
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-> go_home()
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-> linuxcnc.command().home(...)
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-> emcmodule.cc home()
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-> EMC_JOINT_HOME
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-> emctaskmain.cc emcJointHome()
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-> taskintf.cc EMCMOT_JOINT_HOME
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-> realtime motion homing
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-> basic_sim.tcl simulated_home / sim_home_switch
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-> joint.N.homed = true
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```
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### 13.3 运行、暂停、恢复、单步
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```text
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AXIS Run/Pause/Resume/Step
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-> axis.py task_run/task_pause/task_resume/task_step
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-> linuxcnc.command().auto(...)
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-> emcmodule.cc emcauto()
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-> EMC_TASK_PLAN_RUN / PAUSE / RESUME / STEP
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||
-> emctaskmain.cc
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-> RS274NGC interpreter / task planner / trajectory planner
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||
-> realtime motion
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||
-> HAL 仿真闭环
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||
-> Vismach 与 AXIS 状态显示
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```
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