基于RTX的關節(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)及應用，空間機械臂技術越發(fā)受到人們的重視。與此同時，愈加復雜的航天任務對機械臂性能的需求也日漸提高。在這其中，模塊化的關節(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期的任務。因此，本文以實驗室空間大型機械臂關節(jié)為依托，研制了用于檢測關節(jié)性能的專用測試平臺并開發(fā)了基于RTX的關節(jié)實時控制系統(tǒng)。
　　關節(jié)測試平臺的首要任務是檢測關節(jié)是否能按照預期設計目標正常工作。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，用以完成關節(jié)位置檢測、關節(jié)輸出力矩檢測等任務。此外，測試平臺還需為關節(jié)動力學參數(shù)的辨識和關節(jié)控制器的優(yōu)化提供方便快捷的環(huán)境。因此，關節(jié)測試平臺還增加了慣性負載單元和步進電機單元。
　　在完成關節(jié)測試平臺本體設計的基礎上，本文開發(fā)了基于RTX的關節(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)了柔性關節(jié)的實時控制以及與關節(jié)驅動器的實時通信。兩個子系統(tǒng)之間利用共享內(nèi)存額方式進行通信。此外，應實時性的要求，本文開發(fā)了1553B-PCI板卡在RTX環(huán)境下的驅動程序以及利用事件體通信的數(shù)據(jù)存儲模塊。
　　為了驗證關節(jié)控制系統(tǒng)及其測試平臺的穩(wěn)定性，本文對柔性關節(jié)進行了參數(shù)辨識并完成了關節(jié)狀態(tài)反饋控制器的設計。參數(shù)辨識實驗獲