童利標(biāo) 徐科軍

     中科院合肥智能機(jī)械研究所 梅 濤

     來(lái)源：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》

     摘要：ieee

     1451是一種從傳感器或執(zhí)行器到微處理器及網(wǎng)絡(luò)之間的硬件和軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。本文根據(jù)1451.1標(biāo)準(zhǔn)，研制面向internet的網(wǎng)絡(luò)化智能機(jī)器人手爪傳感器系統(tǒng)，并給出硬件設(shè)計(jì)框圖和軟件流程。

     關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器

     ieee 1451.1 機(jī)器人手爪

     引言

     傳感器與網(wǎng)絡(luò)相連，是信息技術(shù)發(fā)展的一種必然趨勢(shì)。然而控制總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多種多樣，千差萬(wàn)別，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、通信接口、通信協(xié)議各不相同，以此來(lái)連接各種變送器（包括傳感器和執(zhí)行器），則要求這些傳感器或執(zhí)行器必須符合這些標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)的有關(guān)規(guī)定。由于技術(shù)上、成本上的原因，傳感器的制造商無(wú)法使自己的產(chǎn)品同時(shí)滿(mǎn)足各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)要求，而這些現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)本身有各自的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)象，有自身的優(yōu)勢(shì)；但它們之間的不兼容性、不可互操作性和各自為戰(zhàn)的弊端，給廣大用戶(hù)帶來(lái)了很大的不便。一個(gè)通用的、普遍接受的傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)將使制造商、系統(tǒng)集成者和最終用戶(hù)受益，這就是ieee

     1451標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生最直接的原因[1～8]。在各方努力下，ieee和nist在1997年和1999年頒布了ieee

     1451.2和ieee 1451.1標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)成立了2個(gè)新的工作組對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，即ieee

     p1451.3和ieeep1451.4。

     ieee 1451.2標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)連接傳感器到微處理器數(shù)字接口（stim），并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)適配器（ncap）把傳感器和執(zhí)行器連接到網(wǎng)絡(luò)；ieee

     1451.1標(biāo)準(zhǔn)定義了網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立的信息模型，使傳感器接口與ncap相連，它使用了面向?qū)ο蟮哪Ｐ投x提供給智能傳感器及其組件。根據(jù)ieee

     1451.2標(biāo)準(zhǔn)，要研制一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器系統(tǒng)需要2個(gè)微處理器，分別承擔(dān)stim模塊和ncap模塊的內(nèi)核作用，這給系統(tǒng)的研制帶來(lái)了很大的難度和復(fù)雜性。據(jù)ieee和nist最新資料，1451.x標(biāo)準(zhǔn)之間可以一起使用，也可以單獨(dú)使用。我們采用netbox網(wǎng)絡(luò)模塊作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)[9]，設(shè)計(jì)了基于ieee1451.1網(wǎng)絡(luò)化智能機(jī)器人手爪傳感器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人手爪狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，為整個(gè)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)控制打下了基礎(chǔ)。

     1 硬件設(shè)計(jì)

     1.1 系統(tǒng)總體框圖

     基于ieee 1451.1標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)化智能機(jī)器人手爪傳感器系統(tǒng)如圖1所示。它由傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和netbox網(wǎng)絡(luò)模塊組成。

     1.2 傳感器簡(jiǎn)介

     機(jī)器人手爪是機(jī)器人執(zhí)行精巧和復(fù)雜任務(wù)的重要部件[10]。為了機(jī)器人能在存在不確定性因素的環(huán)境中進(jìn)行靈巧操作，其手爪必須具有很強(qiáng)的感知能力。即在機(jī)器人手爪上配置多種傳感器。手爪通過(guò)傳感器獲得外部環(huán)境的信息，以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、柔順地觸摸、抓取、操作工作等。

     emr機(jī)器人手爪的感覺(jué)系統(tǒng)由具有適當(dāng)空間分布的10個(gè)力覺(jué)、6個(gè)接近覺(jué)、1個(gè)距離覺(jué)以及1個(gè)溫度傳感器構(gòu)成。它們被一體化地設(shè)計(jì)和集成到手爪中，并且在手爪上集成了傳感器的信號(hào)調(diào)理電路，對(duì)外是一個(gè)15芯的接口來(lái)輸出傳感器信號(hào)和接入電源。采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法，對(duì)多傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可得到手爪的握力大小，判斷手爪是否與工件安全連接（即可靠抓�。┮杂脵C(jī)器人手腕部所受的多維力大小和方向[11]。