基于CANopen的空間機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)研究.pdf

1、空間機(jī)械臂本身就是一種智能機(jī)器人，具備精確操作能力和視覺識(shí)別能力，既具有自主分析能力也可由航天員進(jìn)行遙控，是一個(gè)機(jī)、電、控一體化的高度集成的復(fù)雜機(jī)電控制系統(tǒng)。本文以湖南大學(xué)特種機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室與某航天研究所合研項(xiàng)目“某六自由度空間機(jī)械臂項(xiàng)目”為研究對(duì)象，提出了基于CANopen的機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)研究課題，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端空間點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)為研究目標(biāo)。本論文研究重點(diǎn)在于機(jī)械臂分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，CANopen協(xié)議下電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)及六自由度

2、機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
　　論文首先研究了空間機(jī)器臂的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，指出空間機(jī)械臂在深空探測(cè)及空間在軌服務(wù)等空間技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。依照課題研究要求，分析了CAN總線下機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)，分布式控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的現(xiàn)狀。
　　通過研究空間機(jī)械臂系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和本課題中機(jī)械臂的構(gòu)型，提出了空間機(jī)械臂分布式控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)研究了空間機(jī)械臂分布式系統(tǒng)中央控制器、總線通訊、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及配電器

3、各模塊的硬件設(shè)計(jì)，且確保各模塊性能達(dá)到系統(tǒng)控制要求?？臻g機(jī)械臂伺服控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)為本課題研究提供了硬件條件。
　　空間機(jī)械臂CANopen協(xié)議的配置為電機(jī)在CAN總線下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制提供了通訊基礎(chǔ)。論文中介紹了CAN總線的特點(diǎn)及發(fā)展，詳細(xì)分析了CANopen協(xié)議的通訊模型及核心概念。依照CANopen通訊子協(xié)議和運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備子協(xié)議，結(jié)合本課題電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制要求，設(shè)計(jì)了適合空間機(jī)械臂系統(tǒng)控制的心跳協(xié)議配置、PDO映射配置以及運(yùn)動(dòng)控制

4、配置。
　　空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是實(shí)現(xiàn)末端點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)。論文中根據(jù)六自由度空間機(jī)械臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和關(guān)節(jié)約束關(guān)系，采用改進(jìn)型 DH法建立機(jī)械臂模型和機(jī)械臂空間坐標(biāo)系，論述了空間機(jī)械臂末端位姿從笛卡爾空間描述到關(guān)節(jié)空間描述的映射過程，完成了空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并在Matlab中建立機(jī)械臂空間模型，通過仿真驗(yàn)證了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)算法的正確性。機(jī)械臂末端工作區(qū)間是機(jī)械臂操控性能的重要指標(biāo)之一，本文基于蒙特卡洛法分析了六自由度空間機(jī)械臂末