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linuxcncWebWASM/test_Rtcp/rtcp_analysis.md

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LinuxCNC RTCP G-code 特点分析

1. 实现方式

这套 LinuxCNC 源码没有把 RTCP 作为独立的 G43.4/G43.5 代码实现。源码中的 RTCP 是运动学层能力：

  • src/emc/kinematics/trtfuncs.c 实现 XYZAC 和 XYZBC 的正逆运动学。
  • src/emc/kinematics/xyzac-trt-kins.c 和 xyzbc-trt-kins.c 将对应运动学注册为 LinuxCNC kinematics。
  • src/emc/kinematics/5axiskins.c 实现 XYZBCW Bridge Mill 的 pivot-length、刀长和 W 轴变换。
  • src/emc/kinematics/genhexkins.c 的注释明确说明，tool-offset 连接到 motion.tooloffset.Z 时实现 RTCP。

因此，G 代码主要承担四件事：

  1. 选择 TCP 或 identity 运动学。
  2. 设置刀长补偿和工件坐标系。
  3. 给出刀尖/工件坐标和刀具姿态。
  4. 用同步的直线、圆弧和旋转轴运动验证逆运动学结果。

2. M428/M429/M430 的作用

在 TRT、TDR、Bridge Mill 和 Hexapod 的 switchkins 配置中，常见映射如下：

命令 作用
M428 选择非平凡 TCP/RTCP kinematics，通常通过 M68 E3 Q1 设置 motion.switchkins-type=1，然后用 M66 E0 L0 同步
M429 选择 identity/trivkins，通常设置 motion.switchkins-type=0
M430 选择 userk，通常设置 motion.switchkins-type=2；它是扩展运动学入口，不等于 RTCP 本身

这几个 M 代码是 remap 出来的用户命令，不是 LinuxCNC 固定的通用 M 代码。使用前必须匹配 INI 中的 REMAP、SUBROUTINE_PATH 和 HAL 信号。例如 TRT 配置需要把 motion.analog-out-03 接到 motion.switchkins-type。

428remap.ngc 和 429remap.ngc 都会检查 motion.switchkins-type 是否存在，并在 task 模式下检查切换结果；缺少 HAL_PIN_VARS 或 HAL 网络时会输出 debug 信息并停止。这说明运动学切换被设计成有确认步骤的同步操作。

3. TRT 的 XYZAC 与 XYZBC

XYZAC

xyzac-trt 表示：

  • 直线轴：X、Y、Z
  • 倾转轴：A
  • 旋转轴：C
  • 典型结构：A 倾转台上安装 C 旋转台

trtfuncs.c 的正逆变换会使用：

  • C 轴旋转中心：x-rot-point、y-rot-point、z-rot-point
  • A 轴相对于 C 轴的偏置：y-offset、z-offset
  • 当前刀长：tool-offset

XYZBC

xyzbc-trt 表示：

  • 直线轴：X、Y、Z
  • 倾转轴：B
  • 旋转轴：C
  • 典型结构：B 倾转台上安装 C 旋转台

它使用 x-offset、z-offset 描述 B/C 旋转组件之间的几何偏置，并同样使用旋转中心参数和当前刀长。

两种运动学的共同点是：G 代码给出的 XYZ 和旋转姿态被当作笛卡尔 pose，逆运动学再计算实际关节位置。RTCP 的核心效果是改变 A/B/C 姿态时，刀尖 TCP 的空间位置仍按程序要求保持。

4. 刀长和 TCP 偏置

典型写法包括：

T1 M6
G43 H1 Z5.0
...
G49

或：

G43.1 Z#1
...
G49

含义分别是：

  • G43 Hn：使用刀具表中第 n 号刀的长度。
  • G43.1：从当前 G 代码块的轴字设置动态刀长。
  • G49：取消刀长补偿。

在 TRT 配置中，motion.tooloffset.z 通过 HAL 连接到 xyzac-trt-kins.tool-offset 或 xyzbc-trt-kins.tool-offset。这使得普通 G43/G43.1 的结果进入运动学变换，而不是只修改显示坐标。

cone.ngc 特别体现了动态刀长的使用：它先令 B/C 回到零位，再用 G43.1 Z#1 设置刀长，随后执行五轴旋转轨迹。这样可以避免切换刀长时旋转姿态带来的大幅关节变化。

5. 工件坐标系与旋转中心

RTCP 程序常见以下组合：

G53 G0 X0 Y0 Z...
G10 L20 P0 X0 Y0 Z... A0 C0
G54
  • G53 用于在机器坐标下安全定位。
  • G10 L20 P0 根据当前姿态建立或重设工件坐标系。
  • G54 激活工件坐标系。

centering.ngc、helix_ac.ngc、helix_bc.ngc 和 xyzab-tdr-demo.ngc 还读取 HAL 变量，例如旋转中心和机械偏置。这类程序不是只验证 G 代码语法，而是验证“配置中的旋转中心、偏置和程序坐标”是否保持一致。

6. 轨迹类型

CAM 点列轨迹

boat-xyzac.ngc、boat-xyzbc.ngc 和 impeller-7bl-xyzac.ngc 是典型后处理器输出：

  • 大量连续的 G1 线段。
  • 同一段轨迹同时改变 X/Y/Z 与 A/C 或 B/C。
  • boat-xyzbc.ngc 和 impeller 程序使用 G93 逆时间进给，并在安全移动时切回 G94。
  • 通过高密度姿态点逼近船体、叶轮等复杂曲面。
  • 文件规模较大，适合验证连续五轴轨迹和逆运动学稳定性，不适合作为最小功能测试。

运动学切换测试

xyzac_switchkins_test_1.ngc、xyzac_switchkins_test_2.ngc、xyzac_switchkins_test_3.ngc 的重点是对照：

  • M429 下的 identity 坐标。
  • M428 下的 TCP 坐标。
  • C 轴旋转后，同一个 X/Y/Z 指令对应的实际关节变化。
  • (debug,...) 输出的预期坐标。
  • M1 可选停，用于人工检查切换前后的结果。

其中 test_3 直接写出切换前后的预期位置，例如 C=90 后进入 TCP 模式时，X/Y 位置会因旋转变换而改变。

螺旋和四象限测试

helix_ac.ngc 和 helix_bc.ngc 的主要模式是：

M429
G10 L20 ...
M428
G0 A... C...
G2 I... Z... P...
M429

它们在 TCP 模式下执行带旋转姿态的螺旋，再回到 identity 模式进行安全返回。xyzac_switchkins_sub.ngc 和 xyzbc_switchkins_sub.ngc 将该动作扩展到四个象限，并用参数传入安全高度、半径、圈数、进给率、姿态角和象限间距。

旋转中心保持测试

centering.ngc 先输出 HAL 中的旋转中心，然后进入 TCP 模式，在 C 轴每个角度执行一个小方形轨迹。它用于观察工件坐标中心是否在 C 轴旋转过程中保持固定。

参数化 Bridge Mill 测试

5axisgui.ngc 使用 O 代码循环和三角函数：

  • B 轴分层改变倾角。
  • C 轴分段改变方位角。
  • 根据角度计算球面上的 X/Y/Z 位置。
  • 用 W 轴执行钻削和退刀。
  • 使用 G43 将当前刀长送入 5axiskins 的 pivot length。

它更偏向运动学和可视化演示，代码结构比 CAM 输出更适合阅读和移植。

7. 这些程序的共同特点

  1. RTCP 由 kinematics 完成，程序行本身通常仍是普通 G0/G1/G2/G3 加旋转轴字。
  2. TCP 模式和 identity 模式经常交替出现，前者用于加工或姿态变换，后者用于机器坐标定位、建立偏置和安全返回。
  3. 刀长不是单独的显示量，而是通过 motion.tooloffset.z 进入逆运动学。
  4. 旋转中心、旋转组件偏置和工件坐标系是正确运行的必要条件；参数错误会直接表现为 TCP 漂移。
  5. 连续五轴 CAM 程序经常使用 G93，因为 XYZ 直线运动和旋转轴运动必须在同一段时间内完成。
  6. 许多程序明确使用 G53、高 Z 安全位置、G49 和姿态归零，说明五轴 RTCP 程序对切换点和刀长变化较敏感。
  7. 大型船体和叶轮程序主要验证连续轨迹；小型 switchkins、helix、centering 程序主要验证几何和状态切换。

8. 筛选边界

以下内容没有放入本集合：

  • 只出现普通 G43/G49、没有五轴非平凡运动学关联的通用铣削、车削和探测程序。
  • SCARA、Puma、Melfa 等使用 M428/M429 进行运动学切换，但源码没有将其定义为 RTCP 的示例。
  • millturn 的 M428/M429，其作用是铣削/车削运动学切换，不是 TCP/RTCP。
  • 只有 XYZAC 或 XYZBC 文字、但配置使用 trivkins identity 的普通五轴坐标示例。
  • G43.1 工具测量程序本身，除非同时包含五轴姿态和 RTCP 运动学上下文。

筛选依据来自源码中的配置和运动学实现，尤其是：

  • configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/README
  • configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzac-trt.txt
  • configs/sim/axis/vismach/5axis/table-rotary-tilting/xyzbc-trt.txt
  • configs/sim/axis/vismach/5axis/table-dual-rotary/README
  • docs/src/motion/5-axis-kinematics.adoc
  • src/emc/kinematics/trtfuncs.c
  • src/emc/kinematics/5axiskins.c
  • src/emc/kinematics/genhexkins.c
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