图1.3 绝对值编码器的码盘

随着现代工业的发展以及光、磁、电等相关技术的发展，绝对值编码器将向小型化、智能化以及高精度、适应性更强的领域发展。

1.2.2 接口传输协议的现状

绝对值编码器是一种直接输出数字量的传感器，其接口传输协议也在不断地优化与完善。早期，美国丹纳赫公司提出的SSI(Synchronous Serial Interface，同步串行接口)传输协议得到了广泛编码器制造商的支持。但由于SSI通信协议传输速率低，传输距离短等缺点越来越不满足工业上的需要[12]。于是各大编码器厂家转而开发各自的编码器传输协议[13]。目前国际上主流的编码器传输协议包括德国海德汉公司提出的 EnDat 协议、德国斯特曼公司提出的HIPERACE协议以及德国IC-Haus公司提出的BiSS 协议等等。这几种主流的编码器接口传输协议的比较如下表1.1所示。

表1.1  主流的接口传输协议比较

HIPERACE SSI EnDat BiSS

开放协议 否 否 否 是

连接 总线或点到点 点到点 点到点 总线或点到点

是否需要模拟信号 是 是 否 否

传输模式

数据传输速率

协议长度可调

报警/警告位 双向、异步

38.4kBaud否无 单向、同步

1.5MHz否可设置 双向、同步

4MHz是是 双向、同步

10MHz是可设置

由上表可以看出，BiSS协议凭借其双向同步的传输模式、强大的点对点能力、高速的传输速率等优点在众多编码器接口协议中脱颖而出，逐步占据市场主流。

BiSS协议的常用组网方式为点对点组网。在点对点模式下，主站与传感器之间能够进行双向的通信。该模式下的BiSS帧格式如下图1.4所示。MA信号是BiSS主站发出的时钟信号，用于驱动通信。SL线则用于传输从机发回的数据信号。

图1.4  点对点模式下的BiSS帧格式

1.2.3 关节转角测量系统的研究现状

目前，国内外针对轻型协助型机器人关节转角测量的研究，大多是采用绝对值编码器作为前端测角传感器，基于微控制器系统、DSP 系统或FPGA系统进行设计开发的。2014年，刘亮、王益祥等人基于STM32微控制器以及双轴加速度传感设计了一套新型角度测量系统。2016年，郭晨霞、杨瑞峰等人则基于STM32微控制器和旋转变压器构建了低成本的角位移测量系统。由此可以看出，微控制器以其较高的运算速度，更好的可编程性以及更高的性价比在转角测量中得到了更广泛地采用。

1.3 主要研究内容

    本文结合国内外发展现状，以微控制器为核心，以绝对值编码器为研究对象，基于BiSS、SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围接口）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器）等传输协议，对BiSS绝对值编码器的输出数据进行硬件解码、打包、传输以及显示，设计出了一套高精度、高稳定性、动态数据采集和输出的测角系统。

    全文分五个部分对轻型协助机器人关节转角测量技术进行了研究，具体的介绍如下： LabVIEW轻型协助机器人关节转角测量技术研究(3):http://www.chuibin.com/jixie/lunwen_205780.html