（1）分析了国内外轻型协助机器人的发展现状以及应用情况，讨论了课题的研究背景及意义。

（2）从原理上分析和比较了增量式编码器和绝对值编码器，阐述了绝对值编码器是目前轻型协助机器人关节转角测量的首选位置检测装置。

（3）介绍了BiSS传输协议以及BiSS主站芯片iC-MB3，讨论了BiSS主站芯片相关的硬、软件设计。 

（4）阐述了SPI的通信原理，完成了基于STM32的SPI、UART的相关程序设计。

（5）基于LabVIEW平台，设计了轻型协助机器人关节转角测量系统的上位机程序，并对系统调试结果进行了分析。

2  系统硬件设计

轻型协助机器人关节转角测量系统的总体结构设计如下图2.1所示。

图2.1  系统总体结构图

BiSS编码器安装在机器人的关节上，关节电机的转动将带动BiSS编码器轴发生转动，使得编码器输出二进制的角度数据。由于轻型协助机器人的关节电机转速较高，BiSS主站芯片每隔0.1ms自动请求BiSS编码器的角度数据，使得其角度数据帧率能够达到10kHz，满足实际应用需要。BiSS主站芯片将收到的数据进行硬件解码后，存储在芯片的寄存器内。微控制器基于SPI协议读取BiSS主站内存储的角度数据，并发送至串口与上位机进行通信并在上位机软件界面上显示出来。 

2.1  BiSS主站硬件设计

    由于BiSS协议涉及到数据传输的线路延迟，用微控制器进行直接模拟实现具有一定的难度，故在此加入BiSS主站进行硬件实现。其目的是，对从BiSS传感器传输而来的位置数据进行分析、解码、打包后，基于SPI协议与微控制器进行通信。

2.2.1  BiSS主站芯片选型

    在本测量系统中，选用德国iC-Haus公司出品的iC-MB3芯片作为BiSS主站[14]。该芯片是一款单芯片的BiSS / SSI接口控制器，采用TSSOP24封装，具有工业标准微控制器的8位总线接口。 其附加的SPI接口模式还可以实现iC-MB3和微控制器之间的串行通信。该芯片的一些基本特性如下：

 支持双向的BiSS传感器，能够与多达3个BiSS从站通信。

 支持SSI协议进行单向通信。

 传感器数据同步采集，支持循环传输，数据传输速率高达10 Mbit/s。

 传感器数据的数据长度最多可达64位，可为每个从站独立扩展。

 自动补偿线路延迟、测量和转换时间。

 具有8位数据/地址总线的并行控制器接口，能够与Intel和Motorola设备通信。

 兼容SPI的串行控制器，能够与微控制器之间进行串行通信。

    基于iC-MB3以上的一些基本特性，该芯片多用于基于角度编码器的位置测量中以及多传感器系统的双向设备通信中。除此之外，该芯片在电机反馈领域也得到一定的应用。