论文总字数：22647字

摘 要

随着机器人及其相关产业的快速发展，工业生产及科研领域越来越多的使用机器人来代替人工从事相关工作，其中轻型机器人或者说是关节机器人成为最为常见的机器人形态之一。由于产业需要，对于关节机器人的性能需求不断提升，在关节旋转角度测量上的精确性和实时性的要求不断提高。本文主要针对机器人关节旋转角度的高精度测量问题，在传统的增量式编码器的基础上，改用多圈绝对值编码器以提高测量精度。同时探索新的通信协议包括SSI协议和BiSS协议来提高测量的效率和实时性。

本文基于SSI和BiSS通信协议原理，分别设计了传感器与主机直连采用SSI协议的通信系统和采用iC-MB3主机芯片作为硬件解码器的基于BiSS协议的通信系统。系统选取了高精度，抗干扰能力强的BM-XMD-2多圈绝对值编码器和高性能低功耗的iC-MB3主机芯片，并进行了相关硬件电路设计。

本系统进一步结合实际硬件参数，编写相关软件程序，同时进行实验，验证绝对值编码器的工作效率和本系统设计的SSI协议通信系统和BiSS通信系统的工作情况。

最后，对本次设计进行了系统总结和对以后工作的展望。

关键词：轻型机器人；多圈绝对值编码器；SSI协议；BiSS协议

Abstract

With the rapid development of robots and its related industries, robots are used to take the place of artificial work within industrial production and scientific research field, in which light robot or joint robot has become one of the most common form of robot. In case of the industry, the performance of joint robot needs improving, while the joint rotation angle measurement accuracy and real-time requirements are eager to be increases. In this paper, we focus on the high precision measurement of the rotation angle of the robot, and use the multi-turn absolute encoder on the basis of the traditional incremental encoder to improve the measurement accuracy. While exploring new communication protocols including SSI protocol and BiSS protocol to improve measurement efficiency and real-time performance.

Based on the principle of SSI and BiSS communication protocol, the communication system working on SSI protocol and the communication system based on BiSS protocol using iC-MB3 host chip as hardware decoder are designed respectively. The system selects the BM-XMD-2 multi-turn absolute encoder with high precision and anti-interference ability and iC-MB3 host chip with the high performance and low power cost, besides we carry on the related hardware circuit design.

The system further combines the actual hardware parameters for the preparation of related software programs to verify the efficiency of the absolute encoder and the system design of the SSI protocol communication system and BiSS communication system work.

At last, the paper summarizes and prospects the design work.

KEY WORDS：light robot; multi-turn absolute encoder; SSI protocol; BiSS protocol

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………………………… Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 SSI协议 2

1.1.2 BiSS协议 2

1.2 国内外研究发展及现状 3

1.3 本文研究目的及意义 4

1.4 本文主要研究内容及章节安排 4

第二章 基于SSI/BiSS协议的测量通信原理 6

2.1 基于SSI协议的测量通信原理 6

2.1.1 多圈绝对值编码器原理 6

2.1.2 多圈绝对值编码器传输时序 7

2.1.1 SSI协议 8

2.1.2 SSI传输时序 9

2.2 基于BiSS协议的测量通信原理 11

2.2.1 BiSS协议 11

2.2.2 BiSS传输时序 12

2.2.3 SPI协议 13

2.3 本章小结 14

第三章 硬件系统设计 16

3.1 单片机选型 16

3.2 传感器选型 17

3.3 iC-MB3主机芯片 18

3.4 硬件电路设计 21

3.4.1 SSI协议电路设计 21

3.4.2 BiSS协议电路设计 21

3.5 本章小结 22

第四章 软件系统设计及结果分析 23

4.1 软件开发环境 23

4.2 程序流程设计 23

4.2.1 SSI协议流程设计 23

4.2.2 BiSS协议流程设计 24

4.3 程序模块设计 25

4.4 实验结果及分析 26

4.4.1 实验结果 26

4.4.2 实验结果分析 27

4.5 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1 本文的主要工作 29

5.2 展望 29

致谢………. 30

参考文献……. 31

绪论

研究背景

机器人及其相关技术的发展日新月异，不同种类的机器人不断涌现，其中轻型机器人在工业生产活动中应用广泛。轻型机器人又称关节机器人或者关节机械臂，可以用来部分替代使用人力的工作，在建筑行业，机器生产领域，自动化作业方面具有很高的应用价值。在很多场合下，对轻型机器人性能的要求也不断提高，其中对于机械臂关节旋转角度的精确测量就是一个重要的领域。

面对轻型机器人关节转角测量要求的提高，如何获取高精度的机器人关节转角数据成为日益热门的话题。除此之外，从高精度传感器测量到的数据如何安全，快速，准确的传递给主机，这是在机器人关节转角测量中必须面对的问题。按照以往的传输协议，并不能充分发挥线路带宽的全部性能，从而造成资源的浪费。为此，寻找一种新的协议来拓宽传感器数据的传输速度，就显示出巨大的现实价值。因此，在传统的基于SSI协议的通信系统上研究基于BiSS协议传感器通信的关节测量技术，具有重要的理论意义和工程应用价值。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：22647字