LinuxCNC

LinuxCNC (anteriormente Enhanced Machine Controller o EMC2 ) es un sistema de software Linux gratuito y de código abierto que implementa la capacidad de control numérico computarizado (CNC) utilizando computadoras de propósito general para controlar máquinas CNC. Está diseñado principalmente para ejecutarse en sistemas PC AMD x86-64 . Desarrollado por varios programadores voluntarios en linuxcnc.org, generalmente se distribuye como un archivo ISO con una versión modificada de Debian Linux que proporciona el núcleo en tiempo real necesario .

Debido a la estrecha integración con el sistema operativo en tiempo real , un ordenador de sobremesa Linux estándar sin el núcleo en tiempo real solo ejecutará el paquete en modo de demostración.

LinuxCNC es un sistema de software para el control numérico de máquinas como fresadoras , tornos , cortadoras de plasma , routers , máquinas de corte , robots y hexápodos . Puede controlar hasta 9 ejes o articulaciones de una máquina CNC mediante código G (RS-274NGC). Cuenta con varias interfaces gráficas de usuario (GUI) adaptadas a usos específicos (pantalla táctil, desarrollo interactivo).

Actualmente se utiliza casi exclusivamente en plataformas de PC x86 , pero se ha adaptado a otras arquitecturas. Hace un uso extensivo de un núcleo modificado en tiempo real y admite controladores de tipo paso a paso y servo .

No ofrece funciones de dibujo (CAD - Diseño Asistido por Ordenador) ni de generación de código G a partir del dibujo (CAM - Fabricación Automatizada por Ordenador).

El sistema de software de dominio público EMC fue desarrollado originalmente por NIST , como el siguiente paso más allá del Programa de Controladores de Próxima Generación (NGC, 1989) patrocinado por el Centro Nacional de Ciencias de la Manufactura y la Fuerza Aérea, así como de la Especificación para una Arquitectura de Sistemas Abiertos (SOSAS). Se denominó EMC (Enhanced Machine Controller Architecture, 1993). Los sistemas de software de dominio público patrocinados por el gobierno para el control de fresadoras fueron algunos de los primeros proyectos desarrollados con la computadora digital en la década de 1950. Su objetivo era ser una implementación de referencia "independiente del proveedor" del lenguaje estándar de la industria para el control numérico de operaciones de mecanizado, RS-274D ( código G ).

El software incluía el intérprete RS274 que controlaba el planificador de trayectorias de movimiento, controladores de motor/actuador en tiempo real y una interfaz de usuario. Demostró la viabilidad de un sistema de control numérico avanzado utilizando hardware de PC comercial con FreeBSD o Linux , con interfaz para diversos sistemas de control de movimiento. El desarrollo continúa utilizando arquitecturas actuales y adicionales (por ejemplo, dispositivos con arquitectura ARM ).

El proyecto de demostración fue un gran éxito y creó una comunidad de usuarios y colaboradores voluntarios. Alrededor de junio de 2000, el NIST trasladó el código fuente a SourceForge bajo la licencia de dominio público para permitir que colaboradores externos realizaran modificaciones. En 2003, la comunidad reescribió algunas partes, reorganizó y simplificó otras, y le dio el nuevo nombre de EMC2. EMC2 continúa desarrollándose activamente. Actualmente, se rige por la Licencia Pública General de GNU .

La adopción del nuevo nombre EMC2 se debió a varios cambios importantes. Principalmente, se introdujo una nueva capa conocida como HAL ( Hardware Abstraction Layer ) para interconectar funciones fácilmente sin modificar el código C ni recompilarlo. Esto separó la planificación de trayectorias y movimientos del hardware de movimiento, lo que facilitó la generación de programas de control para máquinas pórtico , roscado y roscado rígido en tornos , brazos robóticos SCARA y diversas adaptaciones. HAL incluye herramientas interactivas para examinar señales y conectar y eliminar enlaces. También incluye un osciloscopio virtual para examinar señales en tiempo real. Otro cambio en EMC2 es Classic Ladder (una implementación de lógica de escalera de código abierto ) adaptada al entorno de tiempo real para configurar dispositivos auxiliares complejos como cambiadores automáticos de herramientas.

Alrededor de 2011, el nombre cambió de EMC2 a LinuxCNC, debido a un conflicto de marcas registradas con EMC Corporation , que posee las marcas registradas 'EMC' y 'EMC ² '. LinuxCNC recibió una licencia para la marca registrada 'Linux' de la Linux Foundation . ^{[ 2 ]}

Debido a la necesidad de un control preciso y detallado de las máquinas en tiempo real, LinuxCNC requiere una plataforma con capacidades de computación en tiempo real . Las primeras versiones de EMC se ejecutaban bajo una versión en tiempo real de Windows NT , pero las versiones posteriores de Windows no tenían un buen soporte en tiempo real, por lo que Linux con extensiones en tiempo real se convirtió en la plataforma preferida. ^{[ 2 ]} Actualmente, LinuxCNC utiliza el kernel RTAI o PREEMPT-RT con la variante 'uspace' de LinuxCNC de la RTAPI.

Instalar LinuxCNC y los parches del kernel en tiempo real subyacentes en un sistema Linux base puede ser una tarea desalentadora. Paul Corner acudió al rescate con BDI (Brain Dead Install), un CD desde el cual se podía instalar un sistema completo y funcional (Linux, parches en tiempo real y LinuxCNC). ^{[ 3 ]} Esto hizo que LinuxCNC fuera accesible a una comunidad de usuarios mucho más amplia. Hoy en día, el BDI de Paul ha evolucionado hasta convertirse en una ISO de arranque (en vivo) que se puede grabar en un CD o USB y ejecutar en casi cualquier ordenador tipo PC para probar LinuxCNC sin tener que instalar el sistema. Las ISO de arranque de LinuxCNC están disponibles para Debian Bookworm y Trixie con el kernel RT-PREEMPT, y aún se ofrece soporte para los kernels RTAI y Xenomai.

La política de LinuxCNC es crear paquetes y ofrecer soporte para Debian , pero también hay paquetes binarios precompilados disponibles para otros sistemas y arquitecturas Linux. ^{[ 4 ]}

LinuxCNC utiliza el modelo de "detectar, planificar, actuar" en sus interacciones con el hardware. ^{[ 5 ]} Por ejemplo, lee la posición actual del eje, calcula una nueva posición/voltaje objetivo y luego la escribe en el hardware. No hay almacenamiento en búfer de comandos ni se permiten lecturas o escrituras iniciadas externamente. Este enfoque sin búfer ofrece la mayor libertad para agregar o modificar capacidades de LinuxCNC. Al utilizar hardware externo relativamente "sencillo" y programar las capacidades en la computadora anfitriona, LinuxCNC no está limitado a ningún componente de hardware en particular. También permite que un usuario interesado modifique fácilmente el comportamiento, las capacidades o el hardware.

Este modelo suele prestarse a tipos específicos de interfaces externas: PCI, PCIe, puerto paralelo (en modo SPP o EPP), ISA y Ethernet se han utilizado para el control de motores. USB y la comunicación serie RS232 no son buenas opciones; USB tiene capacidades de tiempo real deficientes y RS232 es demasiado lento para el control de motores.

LinuxCNC tiene requisitos básicos de "tiempo real" debido a este modelo. El intervalo entre lectura y escritura debe ser constante y razonablemente rápido. Una máquina típica realiza cálculos en tiempo real en un hilo repetitivo de 1 milisegundo. La lectura y escritura en el hardware debe ocupar una pequeña parte de este tiempo, por ejemplo, 200 microsegundos; de lo contrario, el desfase dificulta la optimización y hay menos tiempo disponible para los programas que no son en tiempo real, lo que puede hacer que los controles de la pantalla respondan con menos rapidez.

LinuxCNC "emplea un generador de perfil de velocidad trapezoidal". ^{[ 6 ]}

LinuxCNC utiliza una capa de software llamada HAL (Hardware Abstraction Layer). ^{[ 7 ]}

HAL permite construir multitud de configuraciones ^{[ 8 ]} a la vez que es flexible: se pueden mezclar y combinar varias placas de control de hardware, emitir señales de control a través del puerto paralelo o el puerto serie , mientras se controlan motores paso a paso o servomotores , solenoides y otros actuadores .

LinuxCNC también incluye un controlador lógico programable (PLC) por software, que se suele utilizar en configuraciones extensas (como centros de mecanizado complejos). El PLC por software se basa en el proyecto de código abierto Classicladder ^{[ 9 ]} y se ejecuta en un entorno de tiempo real.

• Lista de software de fabricación asistida por ordenador

Notas

Bibliografía

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• Wiki del proyecto LinuxCNC
• El estándar NIST RS274NGC - Versión 3, agosto de 2000, también está disponible en formato PDF.
• La página principal del controlador de máquina mejorado en NIST
• Machinekit es un proyecto de código abierto para portar y extender EMC2/LinuxCNC para que funcione de manera eficiente en BeagleBone y hardware relacionado.