[實(shí)用新型]一種用于柔性關(guān)節(jié)臂測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820191486.1
• 申請(qǐng)日: 2008-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN201322597Y
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉;孫靜超;劉軍;劉詩(shī)毅;鐘國(guó)輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/008
• 分類號(hào): G01B7/008
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及在測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用范圍較廣的柔性關(guān)節(jié)臂，特別是涉及柔性關(guān)節(jié)臂內(nèi)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

柔性關(guān)節(jié)臂是一種在測(cè)量領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用的測(cè)量設(shè)備，其通過分布于關(guān)節(jié)臂內(nèi)的六個(gè)角度編碼器采集的角度信息和關(guān)節(jié)臂的臂長(zhǎng)參數(shù)可以對(duì)探針的探頭的坐標(biāo)進(jìn)行定位，從而達(dá)到精確測(cè)量的目的。

傳統(tǒng)的柔性關(guān)節(jié)臂為了將探針的觸發(fā)信號(hào)傳輸?shù)椒植加诟麝P(guān)節(jié)處的角度編碼器，以及將這些角度編碼器的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，需要在關(guān)節(jié)臂內(nèi)布置大量數(shù)據(jù)線。而為了避免在關(guān)節(jié)處出現(xiàn)因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的打結(jié)情況，所以在各個(gè)關(guān)節(jié)處采用了滑環(huán)結(jié)構(gòu)，見美國(guó)第5,829,148號(hào)專利。在關(guān)節(jié)臂中采用該設(shè)計(jì)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，而且維護(hù)極為不方便。

來自華中科技大學(xué)的王文芳和劉玉在文獻(xiàn)《基于ZigBee技術(shù)的角度同步采集傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中提出了一種基于輪詢策略的不間斷采集方案，采用PIC18LF4620微控制器和CC2420射頻芯片共同組成無線節(jié)電，置于關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)的每個(gè)關(guān)節(jié)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)角度的讀取和無線傳輸，該方案具有以下缺點(diǎn)：(1)采集前需要同步，對(duì)時(shí)鐘要求較高，增加了對(duì)硬件的要求；(2)沒有考慮探針的觸發(fā)信號(hào)，無法定位測(cè)量點(diǎn)；(3)系統(tǒng)不停采集信號(hào)，而只有探針觸發(fā)時(shí)刻的數(shù)據(jù)才是有效數(shù)據(jù)，因而其中存在大量無用數(shù)據(jù)，同時(shí)增加了額外功耗的浪費(fèi)；(4)由于主子模塊交互信息較多，實(shí)際測(cè)試表明該方案采集數(shù)據(jù)的延時(shí)較大，采集速度較慢。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于柔性關(guān)節(jié)臂測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有效定位測(cè)量，避免同步過程，功耗低，速率高，成本低。

一種用于柔性關(guān)節(jié)臂測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，涉及的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)包括六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)探針，在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)處設(shè)有角度編碼器，其特征在于，還在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和探針處設(shè)有無線子模塊，另有與無線子模塊相連接的無線主模塊；

探針接觸到物體后產(chǎn)生脈沖信號(hào)，探針對(duì)應(yīng)的無線子模塊將脈沖信號(hào)無線傳送給其它無線子模塊和無線主模塊，以觸發(fā)各模塊工作；

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的無線子模塊被觸發(fā)后，讀取對(duì)應(yīng)角度編碼器采集的數(shù)據(jù)，并在各自的信道時(shí)隙內(nèi)將其無線傳送給無線主模塊；

無線主模塊被觸發(fā)后，將信道時(shí)隙分配給各無線子模塊，接收各無線子模塊傳送的數(shù)據(jù)以及脈沖信號(hào)，并傳送給外接數(shù)據(jù)處理器。

作為本實(shí)用新型的改進(jìn)，所述無線子模塊包括依次串接的接口轉(zhuǎn)換模塊、第一微處理器和第一射頻模塊。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述無線主模塊包括依次串接的串口模塊、第二微處理器和第二射頻模塊。

所述第一和第二微處理器采用PIC18F4620單片機(jī)。

所述第一和第二射頻模塊采用CC1100射頻芯片。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、去除了現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)節(jié)臂內(nèi)部的走線和滑環(huán)式的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)不需要在關(guān)節(jié)臂內(nèi)通過數(shù)據(jù)線傳輸，因而使用一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)無極旋轉(zhuǎn)的功能；新的結(jié)構(gòu)需要新的數(shù)據(jù)采集和傳輸方案的支持，在新的數(shù)據(jù)采集和傳輸方案中，六個(gè)角度編碼器和一個(gè)探針的數(shù)據(jù)直接由無線子模塊通過無線信道傳輸?shù)脚c計(jì)算機(jī)相連的無線主模塊中，通過設(shè)計(jì)一套基于輪詢策略的時(shí)分復(fù)用的通信協(xié)議保證了數(shù)據(jù)的可靠實(shí)時(shí)傳輸。

2、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)與柔性三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，使用本方案時(shí)只要保證接口一致就可以方便地更換數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，這樣大大提高機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的獨(dú)立性。

3、采用了一種輕工作量的透明傳輸模式，數(shù)據(jù)幀的處理、組裝和緩存不由傳輸系統(tǒng)來做，而交由處理能力極強(qiáng)的外接計(jì)算機(jī)來做，這樣極大地簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，減小了成本，同時(shí)也提高了處理速度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

4、探針脈沖信號(hào)通過無線廣播傳輸?shù)綗o線子模塊，保證了采集數(shù)據(jù)的同時(shí)性，不需要同步過程；另一方面，整個(gè)系統(tǒng)也只需要在探針觸發(fā)時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)有效定位測(cè)量，不會(huì)產(chǎn)生大量無用數(shù)據(jù)，因而極大地節(jié)約了能源。主子模塊交互信息少，實(shí)際測(cè)試表明該方案采集速度快，延時(shí)少。

附圖說明

圖1為柔性關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為時(shí)分復(fù)用幀格式示意圖；

圖5為無線子模塊硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為無線主模塊硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型詳細(xì)說明。