基于RTX的關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)及測試平臺研究.pdf

1、近年來，隨著我國空間機器人和空間站的成功研發(fā)及應(yīng)用，空間機械臂技術(shù)越發(fā)受到人們的重視。與此同時，愈加復(fù)雜的航天任務(wù)對機械臂性能的需求也日漸提高。在這其中，模塊化的關(guān)節(jié)作為機械臂最重要的組成元素，可以說直接決定著機械臂能否順利完成預(yù)期的任務(wù)。因此，本文以實驗室空間大型機械臂關(guān)節(jié)為依托，研制了用于檢測關(guān)節(jié)性能的專用測試平臺并開發(fā)了基于RTX的關(guān)節(jié)實時控制系統(tǒng)。
　　關(guān)節(jié)測試平臺的首要任務(wù)是檢測關(guān)節(jié)是否能按照預(yù)期設(shè)計目標(biāo)正常工作。因此測

2、試平臺包含了正余弦編碼器、力矩傳感器和磁粉制動器，用以完成關(guān)節(jié)位置檢測、關(guān)節(jié)輸出力矩檢測等任務(wù)。此外，測試平臺還需為關(guān)節(jié)動力學(xué)參數(shù)的辨識和關(guān)節(jié)控制器的優(yōu)化提供方便快捷的環(huán)境。因此，關(guān)節(jié)測試平臺還增加了慣性負(fù)載單元和步進(jìn)電機單元。
　　在完成關(guān)節(jié)測試平臺本體設(shè)計的基礎(chǔ)上，本文開發(fā)了基于RTX的關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)軟件，用以完成測試平臺傳感器數(shù)據(jù)的采集以及柔性關(guān)節(jié)的實際控制。本文將軟件分為Win32非實時子系統(tǒng)和RTSS實時子系統(tǒng)。非實時子系

3、統(tǒng)用以實現(xiàn)軟件與用戶之間的交互以及對關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)諸多狀態(tài)的監(jiān)測。實時子系統(tǒng)利用RTX提供的微秒級定時器，實現(xiàn)了柔性關(guān)節(jié)的實時控制以及與關(guān)節(jié)驅(qū)動器的實時通信。兩個子系統(tǒng)之間利用共享內(nèi)存額方式進(jìn)行通信。此外，應(yīng)實時性的要求，本文開發(fā)了1553B-PCI板卡在RTX環(huán)境下的驅(qū)動程序以及利用事件體通信的數(shù)據(jù)存儲模塊。
　　為了驗證關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)及其測試平臺的穩(wěn)定性，本文對柔性關(guān)節(jié)進(jìn)行了參數(shù)辨識并完成了關(guān)節(jié)狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計。參數(shù)辨識實驗獲