CN214586540U - 一种基于柔性外骨骼的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于柔性外骨骼的测试系统，该系统包括作为上位机的PC机和作为下位机的传感器及主控制器，PC机上装有测试软件，传感器通过主控制器与PC机连接，主控制器与PC机之间通过串行端口传输和接收数据，主控制器上还设有姿态测量模块，姿态测量模块用于实时采集人体的X轴、Y轴和Z轴姿态并通过控制算法来判断人体的运动状态。本实用新型所述系统具有实时性高，可扩展性好，可视化界面高度集成的优点，同时，对控制电路设计要求比较低，核心控制板电路具有良好的稳定性、实时性、准确性。

Description

一种基于柔性外骨骼的测试系统

技术领域

本实用新型属于外骨骼技术领域，特别涉及一种基于柔性外骨骼的测试系统。

背景技术

随着计算机技术和信息技术的快速发展，在工业控制领域，我们经常需要进行上位机与下位机之间通讯，特别是机器人，传统机器人是基于Linux系统开发的，在后期调试阶段也必须在必须在Linux系统下编写测试软件，代码可移植性差，使用范围小，数据显示的实时性差，界面不友好，机器人研制调试效率低，而且，传统机器人所使用的控制系统对控制电路设计要求比较高，对核心控制板电路稳定性、实时性、准确性具有较高的要求，电路比较复杂，后期可维护性较差。因此，传统机器人的控制实时性较差，测试系统软件界面显示不友好，给机器人的后期调试带来不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于柔性外骨骼的测试系统，具有高可靠性、高准确性、高实时性等性能特点，具有较强的实用价值。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于柔性外骨骼的测试系统，其特点是，该系统包括作为上位机的PC机和作为下位机的传感器及主控制器，传感器通过主控制器与PC机连接，主控制器与PC机之间通过RS422总线方式通信，主控制器连接有姿态测量模块，姿态测量模块用于实时采集人体的X轴、Y轴和Z轴姿态并通过控制算法来判断人体的运动状态，PC机上装有测试软件，测试软件通过ComPort控件进行数据通讯。

优选地，主控制器采用STM32F765微控制器，传感器中采用STM32L011微控制器，姿态测量模块采用JY901模块，主控制器与上位机之间采用RS422总线方式通信。

优选地，所述PC机设有串口控件和定时器，定时器用于周期性的给主控制器发送指令，串口控件即ComPort控件。

优选地，还设有所述PC机设有串口控件和定时器，定时器用于周期性的给主控制器发送指令。

优选地，所述PC机上设有通信界面设计模块、串口设计及端口识别模块、数据接收发送及指令生成模块、数据显示及曲线绘制模块。

优选地，该系统还设有数据库，数据库采用SQLite数据库。

一种基于柔性外骨骼的测试方法，其特点是，采用上述的测试系统，测试过程为，

测试软件按照Modbus RTU协议格式，对PC机输入的数据进行组合并生成发送指令，通过进制转换将发送指令以十六进制的形式由定时器周期性的发送给主控制器；

当主控制器接收到数据时，将按照Modbus RTU协议进行解析，并把对应的寄存器数据值返回给PC机；

当PC机的串口控件接收到数据后，进行容错处理，判断数据是否接收完成，然后将已接收的数据按照Modbus RTU协议转换为十进制数据，通过文本实时显示出来；

PC机接收到数据的同时，触发ComPort的接收事件，通过Readstr函数来将缓存区中的数据读取出来，程序判断接收数据的完整性，然后，按照Modbus RTU协议对数据进行解析，将相应的数据值显示在用户界面中，并根据用户的选择进行曲线绘制，实现外骨骼机器人实时数据的监测功能，动态了解机器人的运行状态。

优选地，测试软件对下位机发来的传感器数据进行采集，并将数据以文本和图表的形式显示出来。

优选地，PC机每隔200ms向主控制器发出读取寄存器的指令。

优选地，在Delphi窗体中放置相关通信及显示控件，设置其属性和添加相应事件程序，完成通信界面设计。

优选地，通过Combobox控件可动态设置设置ComPort控件的串口属性，并通过修改代码使其最高支持921600波特率，通过串口识别算法，读取PC机注册表的端口列表HKEY_LOCAL_MACHINE来自动获取当前已连接PC机的端口号。

与现有技术相比，本实用新型所述的测试系统是基于Windows系统设计的，在使用Delphi开发测试软件时采用ComPort控件进行数据通讯，PC机作为上位机，STM32微控制器作为下位机，通过串行端口传输和接收数据，并对数据进行分析处理，然后由用户界面进行直观的实时显示和曲线绘制，达到对外骨骼机器人实时监测工作状态，及时发现数据异常点并对外骨骼机器人进行相关指令操作的作用，完成外骨骼机器人的研发测试时遇到的难题。

本实用新型所述的测度系统具有实时性高，可扩展性好，可视化界面高度集成的优点，同时，对控制电路设计要求比较低，核心控制板电路具有良好的稳定性、实时性、准确性。

附图说明

图1为本实用新型所述测试系统的系统框图；

图2为本实用新型所述测试系统的工作流程图；

图3为本实用新型串口设置界面图；

图4为本实用新型数据显示界面图；

图5为本实用新型曲线显示界面图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1-2，一种基于柔性外骨骼的测试系统，该系统包括作为上位机的PC机和作为下位机的传感器及主控制器，传感器通过主控制器与PC机连接，主控制器与PC机之间通过RS422总线方式通信，主控制器连接有姿态测量模块，姿态测量模块用于实时采集人体的X轴、Y轴和Z轴姿态并通过控制算法来判断人体的运动状态，PC机上装有测试软件，测试软件通过ComPort控件进行数据通讯，传感器与主控制器之间、姿态测量模块与主控制器之间通过RS485总线方式通信。

主控制器采用STM32F765微控制器，传感器中采用STM32L011微控制器，姿态测量模块即IMU姿态测试模块采用JY901模块，主控制器与上位机之间采用RS422总线方式通信，所述PC机设有与串口端口相连的串口控件；所述主控制器还设有定时器，用于周期性的给模块控制器发送指令。

本实用新型所述的测试系统中的测试软件主要完成对下位机发来的传感器数据进行采集,并将数据以文本和图表的形式显示出来。PC机每隔200ms向下位机发出读取寄存器的指令,当下位机收到命令后便将采集到的并存在寄存器的数据通过串口传到上位机并显示出来，其流程图如图2所示。具体内容包括：

(一)通信界面设计模块

在Delphi窗体中放置相关通信及显示控件，设置其属性和添加相应事件程序，即可完成程序的界面化设计。其中串口设置界面如图3所示。

(二)串口设计及端口识别模块

通过Combobox控件可动态设置设置ComPort控件的串口属性，并通过修改代码使其最高支持921600波特率。通过串口识别算法，读取PC机注册表的端口列表HKEY_LOCAL_MACHINE来自动获取当前已连接PC机的端口号，方便快捷的对串口控件的端口号进行属性设置。

当PC机通过RS422总线接收到数据时触发ComPort的接收事件，通过Readstr函数来将缓存区中的数据读取出来，程序判断接收数据的完整性，然后按照Modbus RTU协议对数据进行解析，将相应的数据值显示在用户界面中，并根据用户的选择进行曲线绘制。

(三)数据接收发送及指令生成模块

测试软件按照Modbus RTU协议格式对PC机输入的数据进行组合并生成发送指令，通过进制转换将发送指令以十六进制的形式由定时器周期性的发送给STM32微控制器，当STM32微控制器接收到数据时，将按照Modbus RTU协议进行解析，并把对应的寄存器数据值返回给PC机，实现外骨骼机器人实时数据的监测功能，动态了解机器人的运行状态。

(四)数据显示及曲线绘制模块

当PC机的串口控件接收到数据后，进行容错处理，判断数据是否接收完成，然后将已接收的数据按照Modbus RTU协议转换为十进制数据，通过文本实时显示出来，数据显示界面如图4所示。

曲线绘制可通过将串口接收的数据进行实时绘制，用户可通过曲线直观的查看数据的变化赋值、趋势，判断是否符合控制的预期要求。曲线显示界面，如图5所示，绘制出的曲线平滑顺畅，能实时反映出外骨骼机器人当时的运动姿态，还可通过软件右侧的曲线工具栏有选择性的进行曲线绘制显示，曲线之间颜色分明，具有较强的识别性、实用性。

另外，本实用新型所述测试系统还设有数据库，数据库采用SQLite数据库，SQLite是一个开源，嵌入式关系数据库，简称SQL数据库。它最初于2000年发布，旨在消除与专用关系数据库管理系统(RDBMS)相关的开销，并为应用程序提供管理其数据的便捷方式。SQLite在轻巧、高效、简易、实用等方面表现尤为出色。

SQLite是一个嵌入式数据库，它没有与应用程序进程空间中提供的应用程序共存的独立进程。它的代码也与应用程序代码一起或嵌入其中，作为托管它的程序的一部分。对于外部观察者来说，目前尚不清楚这样的程序是否运行了关系数据库管理系统(RDBMS)。程序只需要做自己的事情，管理自己的数据，而不需要详细了解SQLite的工作原理。但是它内部有一个完整的、自包含的数据库引擎。

SQL数据库支持数据的增、删、查、改，性能优异，访问速度快，使用方便快捷。用户可通过右键菜单功能有选择性地向数据库添加指令数据，在对外骨骼机器人进行指令控制时可通过数据库调取指令，通过串口发送给STM32微控制器控制板，实现外骨骼机器人的远程在线调试功能。

本实用新型选择串口通讯作为一种高可靠性、高灵活性、高实时性的通讯方式，是研究外骨骼机器人的一种创新性发展方向。在使用Delphi开发测试软件时采用ComPort控件进行数据通讯，PC机作为上位机，STM32微控制器作为下位机，通过串行端口传输和接收数据，并对数据进行分析处理，然后由用户界面进行直观的实时显示和曲线绘制，达到对外骨骼机器人实时监测工作状态，及时发现数据异常点并对外骨骼机器人进行相关指令操作的作用，完成外骨骼机器人的研发测试时遇到的难题。综上可知，本实用新型具有高可靠性、高准确性、高实时性等性能特点，具有较强的实用价值。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于柔性外骨骼的测试系统，其特征在于：该系统包括作为上位机的PC机和作为下位机的传感器及主控制器，传感器通过主控制器与PC机连接，主控制器与PC机之间通过RS422总线方式通信，主控制器连接有姿态测量模块，姿态测量模块用于实时采集人体的X轴、Y轴和Z轴姿态并通过控制算法来判断人体的运动状态，PC机上装有测试软件，测试软件通过ComPort控件进行数据通讯。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性外骨骼的测试系统，其特征在于，主控制器采用STM32F765微控制器，传感器中采用STM32L011微控制器，姿态测量模块采用JY901模块，主控制器与上位机之间采用RS422总线方式通信。

3.根据权利要求1所述的一种基于柔性外骨骼的测试系统，其特征在于，所述PC机设有串口控件和定时器，定时器用于周期性的给主控制器发送指令。

4.根据权利要求1所述的一种基于柔性外骨骼的测试系统，其特征在于，所述PC机上设有通信界面设计模块、串口设计及端口识别模块、数据接收发送及指令生成模块、数据显示及曲线绘制模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于柔性外骨骼的测试系统，其特征在于，该系统还设有数据库，数据库采用SQLite数据库。

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