基于CAN总线的数据臂通信设计.pdf

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1、基于CAN总线的数据臂通信设计赵晓军，等基于CAN总线的数据臂通信设计DesignofDataArmCommunicationBasedonCANBus赵晓琴1曹建砷1李刁一2互飞1侄口月伟1舅洛霞1哲勇1(河北大学电子信息工程学院’，河北保定071002；北京林业大学工学院2，北京100083)摘要：针对数据臂的多电机驱动、多传感器信息采集的特点，提出了一种基于CAN总线的数据臂通信方案。通过CAN总线将上位机与下位机各关节测控节点相连，实现系统的分布式测最与控制；在此基础上，制定了适合于模块化结构数据臂通信要求的CAN总线协议，以协调总线七的信息流，从而减小总线冲突仲裁所需时间。该系

2、统的数据传输准确率高、实时性好、工作性能稳定、连线简单，能够满足数据臂对实时性、可靠性等性能的要求。关键词：CAN总线数据臂通信接口电路总线协议、中图分类号：TP273文献标志码：AAbstract：Aimingatthefeaturesofdataarm。i．e．multiplemotordrivingandmultiple眈n8凹informationacquisition。thecommunicationstrat-egybasedonCANbusfordataarmisproposed．ThroughCANbus-themeasuredandcontrolledjointnode

3、sofslavecomputersandthehostcomputerareconnectedforimplementingdistributedmeasurementandcontr01．Onthisbasis。theCANbusprotocolsuitablefordataarmcorn-municationwithmodularstructureisestablishedtocoordinatetheinformationstreamsonthebusandreducesthetimerequiredforbusconflictarbitration．Thesystemfeatur

4、eshighlyprecisedatatransmission，excellentreal-timeperformanceIstableoperation。andeasyconnection．ItmeetstherequirementsofdatatLrmuponreal—timeperformanceandreliability，etc．Keywords：CANbusDataa珊CommunicationInterfacecircuitBusprotocol0引言数据臂是一种可穿戴在人手臂上的外骨架式装置，是一种新型的、界面友好的人机交互设备⋯。数据臂测控系统一般有3类：①集中控制，如

5、中南大学肖会芹等提出的手臂机器人通信方案心3；②主从控制，如黑龙江科技学院研制的多轴伺服控制器"叫’；③分布式控制，如天津大学郭丽峰等研制的关节臂式坐标测量机㈣。上述三种方案各有其优越性。针对数据臂对通信系统实时可靠的需求，提出一种新型的、基于CAN总线的数据臂通信方案。该方案采用分布式结构，将CAN总线应用到数据臂上，以连接众多关节测控节点，实现数据臂各关节信息的精确采集和控制。该方案充分利用了CAN总线突出的可靠性、实时性、可扩展性以及简单方便的特点；另外，CAN总线完善的错误处理机制能够保证数据在高噪声干扰环境下的安全可靠传输∞1。河北省科技厅科技支撑计划资助项目(编号：06213

6、5132)；河北省教育厅重点科技基金资助项目(编号：2005002D)；河北大学博士基金资助项目(编号：y2005052)。修改稿收到日期：2009一ll一26。第一作者赵晓军，男，1967年生，2005年毕业于北京理工大学机械电子工程系，获博士学位，教授；主要从事机器人技术的研究。《自动化仪表》第31卷第5期2010年5月1系统结构1．1数据臂整体结构数据臂通常具有7个自由度，即7个关节。7个自由度相互独立，互不耦合o¨。为了达到对数据臂的精确测量和控制，数据臂上的关节由电机控制，各关节处装有关节位置传感器，用于检测关节转角。测量机构分为肩部测量机构、肘部测量机构、前臂测量机构和腕部测

7、量机构这4个部分哺J，分别测量肩关节3个自由度、肘关节1个自由度、前臂1个自由度和腕关节2个自由度的运动。1．2数据臂的通信系统结构基于CAN总线的数据臂通信系统采用分布式结构，由上位机和下位机各关节测控节点组成。上位机由PC机和CAN适配卡组成，其充分利用PC机的高速性能和软件开发的便利性，实现数据臂各关节角度的标定、仿真、力反馈的分解，以及与从动机械臂的通信与控制等功能。下位机由并行工作的关节测控节点组成，并通过CAN总线与上位