[实用新型]一种用于柔性关节臂测量装置的数据采集系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及在测量领域中应用范围较广的柔性关节臂，特别是涉及柔性关节臂内的数据采集与传输系统。

背景技术

柔性关节臂是一种在测量领域有广泛应用的测量设备，其通过分布于关节臂内的六个角度编码器采集的角度信息和关节臂的臂长参数可以对探针的探头的坐标进行定位，从而达到精确测量的目的。

传统的柔性关节臂为了将探针的触发信号传输到分布于各关节处的角度编码器，以及将这些角度编码器的数据传送到计算机，需要在关节臂内布置大量数据线。而为了避免在关节处出现因旋转而产生的打结情况，所以在各个关节处采用了滑环结构，见美国第5,829,148号专利。在关节臂中采用该设计不仅结构复杂，成本较高，而且维护极为不方便。

来自华中科技大学的王文芳和刘玉在文献《基于ZigBee技术的角度同步采集传输系统设计》中提出了一种基于轮询策略的不间断采集方案，采用PIC18LF4620微控制器和CC2420射频芯片共同组成无线节电，置于关节臂式测量机的每个关节内，实现角度的读取和无线传输，该方案具有以下缺点：(1)采集前需要同步，对时钟要求较高，增加了对硬件的要求；(2)没有考虑探针的触发信号，无法定位测量点；(3)系统不停采集信号，而只有探针触发时刻的数据才是有效数据，因而其中存在大量无用数据，同时增加了额外功耗的浪费；(4)由于主子模块交互信息较多，实际测试表明该方案采集数据的延时较大，采集速度较慢。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于柔性关节臂测量装置的数据采集系统，实现有效定位测量，避免同步过程，功耗低，速率高，成本低。

一种用于柔性关节臂测量装置的数据采集系统，涉及的数据采集点包括六个旋转关节和一个探针，在旋转关节处设有角度编码器，其特征在于，还在旋转关节和探针处设有无线子模块，另有与无线子模块相连接的无线主模块；

探针接触到物体后产生脉冲信号，探针对应的无线子模块将脉冲信号无线传送给其它无线子模块和无线主模块，以触发各模块工作；

旋转关节对应的无线子模块被触发后，读取对应角度编码器采集的数据，并在各自的信道时隙内将其无线传送给无线主模块；

无线主模块被触发后，将信道时隙分配给各无线子模块，接收各无线子模块传送的数据以及脉冲信号，并传送给外接数据处理器。

作为本实用新型的改进，所述无线子模块包括依次串接的接口转换模块、第一微处理器和第一射频模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述无线主模块包括依次串接的串口模块、第二微处理器和第二射频模块。

所述第一和第二微处理器采用PIC18F4620单片机。

所述第一和第二射频模块采用CC1100射频芯片。

本实用新型的技术效果体现在以下几个方面：

1、去除了现有技术中关节臂内部的走线和滑环式的内部结构，数据不需要在关节臂内通过数据线传输，因而使用一种简单的结构就可以实现无极旋转的功能；新的结构需要新的数据采集和传输方案的支持，在新的数据采集和传输方案中，六个角度编码器和一个探针的数据直接由无线子模块通过无线信道传输到与计算机相连的无线主模块中，通过设计一套基于轮询策略的时分复用的通信协议保证了数据的可靠实时传输。

2、数据采集和传输系统与柔性三坐标测量机的机械结构相互独立，使用本方案时只要保证接口一致就可以方便地更换数据采集和传输系统，这样大大提高机械部分的设计与数据采集系统的设计的独立性。

3、采用了一种轻工作量的透明传输模式，数据帧的处理、组装和缓存不由传输系统来做，而交由处理能力极强的外接计算机来做，这样极大地简化了硬件设计，减小了成本，同时也提高了处理速度，增强了系统的实时性。

4、探针脉冲信号通过无线广播传输到无线子模块，保证了采集数据的同时性，不需要同步过程；另一方面，整个系统也只需要在探针触发时工作，实现有效定位测量，不会产生大量无用数据，因而极大地节约了能源。主子模块交互信息少，实际测试表明该方案采集速度快，延时少。

附图说明

图1为柔性关节臂结构示意图；

图2为本实用新型的无线传感网络拓扑结构示意图；

图3为本实用新型结构示意图；

图4为时分复用帧格式示意图；

图5为无线子模块硬件结构示意图；

图6为无线主模块硬件结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型详细说明。