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1│前言
    目前，絕對(duì)式光柵編碼器廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，隨著國(guó)內(nèi)機(jī)器人控制技術(shù)的提高，工業(yè)機(jī)器人朝著高精度、高速度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、多自由度方向和智能化發(fā)展。控制系統(tǒng)將更加依賴對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，需要多個(gè)光柵編碼器來(lái)監(jiān)測(cè)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。以往伺服系統(tǒng)與光柵編碼器普遍采用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，由于布線繁多、數(shù)據(jù)同步性差，逐漸成為機(jī)器人結(jié)構(gòu)減重、控制優(yōu)化的繞不開(kāi)的問(wèn)題。

    我司某客戶在設(shè)計(jì)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，受限于以下問(wèn)題，只能允許一組光柵編碼器接口：

1、主控系統(tǒng)采用單控制器控制兩個(gè)獨(dú)立伺服電機(jī)，要求兩個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)嚴(yán)格同步；

2、機(jī)器人內(nèi)部布線空間十分有限，這種情況下仍需兼顧降低結(jié)構(gòu)慣量、控制總體成本、提高抗干擾能力和方便安裝維護(hù)等多個(gè)需求；

3、過(guò)長(zhǎng)的走線增加線延時(shí)，不利于對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制。針對(duì)以上問(wèn)題，我司向客戶提供了BiSS-C絕對(duì)式光柵編碼器級(jí)聯(lián)解決方案，采用單一光柵編碼器接口，對(duì)兩個(gè)伺服系統(tǒng)光柵編碼器數(shù)據(jù)高速同步讀取，且布線簡(jiǎn)單方便，不增加線延時(shí)，成功解決了客戶的難題，幫助客戶走向成功。

2│BiSS-C絕對(duì)式級(jí)聯(lián)光柵編碼器組網(wǎng)方式

    圖1是BiSS-C絕對(duì)式級(jí)聯(lián)光柵編碼器，采用級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行組網(wǎng)，稱為Multi-slaveNetworking。Master（后續(xù)電子設(shè)備，主控模塊）在一個(gè)周期可以內(nèi)完成與多個(gè)Slave（光柵編碼器）之間的通信。所有的設(shè)備按照菊花鏈?zhǔn)孜策B接，每個(gè)Slave有兩個(gè)端口，分別用于接收前端信號(hào)和向后端發(fā)送信號(hào)。這是一種類似流水線的工作方式，每個(gè)Slave接收上一個(gè)Slave的數(shù)據(jù)放在自己的發(fā)送隊(duì)列隊(duì)尾，同時(shí)將自身的數(shù)據(jù)優(yōu)先發(fā)出。整個(gè)通信由Master發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步。Master通過(guò)MO信號(hào)將Actuator數(shù)據(jù)串行地移入到每個(gè)Slave，同時(shí)通過(guò)SL信號(hào)依次接收每個(gè)Slave的數(shù)據(jù)。

    圖2描繪了Multi-slaveNetworking組網(wǎng)的BiSS通信幀，對(duì)于每一個(gè)Slave而言，不但要發(fā)送自己的數(shù)據(jù)，而且要接收并轉(zhuǎn)發(fā)前一個(gè)Slave發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。以Slave3為例，在收到第二個(gè)MA上升沿后，其輸出SLO3拉低，響應(yīng)MA，此位應(yīng)答（ACK）階段；經(jīng)過(guò)時(shí)間T（光柵編碼器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間），SLO3拉高，表示輸出數(shù)據(jù)（Start）；一個(gè)MA周期后開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中，接收MA輸出的數(shù)據(jù)（MAO）。SLO3先發(fā)自身采樣到的數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)發(fā)收到的MAO值，直到MA不再輸出時(shí)鐘。

3│BiSS-C光柵編碼器2級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)
    客戶提出是應(yīng)用場(chǎng)景是在不改變?cè)瓉?lái)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和架構(gòu)前提下，新增一個(gè)或多個(gè)光柵編碼器對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行采集。針對(duì)客戶的需求，我司提出了兩個(gè)光柵編碼器級(jí)聯(lián)架構(gòu)的解決方案。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    圖3中Master是驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，為光柵編碼器1提供電源（VCC，BAT）、控制時(shí)鐘（MA）及接收光柵編碼器1的數(shù)據(jù)（SLO），與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)方式下接口完全一致。光柵編碼器1為光柵編碼器2提供電源（VCC，BAT）、控制時(shí)鐘（MA）及接收光柵編碼器2的數(shù)據(jù)（SLO），可以認(rèn)為光柵編碼器2為光柵編碼器1的slave。從上述分析可以看出，除了最高一級(jí)的光柵編碼器，其他光柵編碼器不與master相連，且若新增一個(gè)光柵編碼器級(jí)聯(lián)，只需將其連接在最后一級(jí)光柵編碼器的輸出端，完全不改變其他光柵編碼器的走線與連接，這就極大的方便了整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布局與走線。

4│通信過(guò)程

    圖4展示了BiSS-C級(jí)聯(lián)光柵編碼器的通信過(guò)程。Master為伺服驅(qū)動(dòng)控制器，芯片為ActelIGLOO系列AGL600V5，256管腳。光柵編碼器1為一33位多圈絕對(duì)式光柵編碼器，光柵編碼器2為17為單圈絕對(duì)式光柵編碼器。Master每隔1ms讀取一次數(shù)據(jù)。示波器抓取的光柵編碼器靜態(tài)數(shù)據(jù)如圖4所示。黃色線為Master發(fā)出的控、制時(shí)鐘（MA），藍(lán)色線為光柵編碼器1數(shù)據(jù)輸出端口輸出時(shí)序（SLO1），紅色線為光柵編器2數(shù)據(jù)輸出端口輸出時(shí)序(SLO2)。從圖4可以看出，在驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制時(shí)鐘后，光柵編碼器1首先輸出自身數(shù)據(jù)（33位數(shù)據(jù)，到a光標(biāo)傳輸完成），接著傳輸接收到的光柵編碼器2數(shù)據(jù)（17位，到b光標(biāo)處傳輸完成），數(shù)據(jù)傳輸完成后一直拉低直到MA時(shí)鐘取消。

5│結(jié)束語(yǔ)
    BiSS-C協(xié)議通信速度快，通信效率高，支持線路時(shí)分復(fù)用，可全雙工通訊，延時(shí)小且固定，極大簡(jiǎn)化了線延時(shí)補(bǔ)償算法。BiSS-C采用多種CRC校驗(yàn)機(jī)制確保數(shù)據(jù)可靠，傳感器數(shù)據(jù)與寄存器數(shù)據(jù)分開(kāi)進(jìn)行校驗(yàn)，使得BiSS-C傳輸更可靠，多達(dá)16位CRC足以應(yīng)付絕大多數(shù)場(chǎng)合。BiSS-C協(xié)議多種組網(wǎng)方式極大豐富了其應(yīng)用領(lǐng)域，其BUS級(jí)聯(lián)組網(wǎng)方式因以下優(yōu)勢(shì)得以在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域廣泛被應(yīng)用：

1、減少了主控系統(tǒng)接口數(shù)量；

2、降低了主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析復(fù)雜度；

3、簡(jiǎn)單方便的組網(wǎng)方式降低布線難度，優(yōu)化結(jié)構(gòu)；

4、固定的線延時(shí)方便了控制器補(bǔ)償設(shè)計(jì)。

    由于上述優(yōu)勢(shì)BiSS-C絕對(duì)式級(jí)聯(lián)光柵編碼器級(jí)聯(lián)解決方案在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。