【摘 要】
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近年来,我国探索太空的活动越来越频繁,空间机器人的应用也越来越广泛。空间机器人主要工作在太空中,但又要经受地面发射环境的考验,同时由于一些在轨操作任务需要采用复杂的
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近年来,我国探索太空的活动越来越频繁,空间机器人的应用也越来越广泛。空间机器人主要工作在太空中,但又要经受地面发射环境的考验,同时由于一些在轨操作任务需要采用复杂的控制算法,这些都对系统的处理能力和实时性有着更高的要求。传统的多核处理器已难以胜任。基于以上现状,本论文针对空间机器人力位混合控制算法展开了深入研究,提出了用于空间机器人力位混合控制算法的动力学参数实时解算系统,利用硬件电路的并行处理能力实现加速算法的目的,搭建了系统的硬件测试平台,以典型的任务为例进行实验,最终验证了空间机器人动力学参数实时解算系统的有效性。首先本文对国内外空间机器人研究现状和动力学计算研究现状进行了分析,提出了本文的研究背景意义和方向。根据七自由度空间机械臂的构型,深入研究了其动力学方程,在此基础上,进一步推导出空间机器人动力学参数解算方法。其次,对动力学参数解算系统的需求进行了分析,在此基础上,通过对FPGA的选型,数据类型的选择等对比设计,最终给出了空间机器人动力学参数实时解算系统的设计方案。再次,根据空间机器人动力学参数解算系统的设计方案,将整个解算系统划分为多个子模块。针对每个子模块进行了详细的设计,最终在FPGA上采用硬件逻辑实现了系统的功能。同时为了评估系统设计的合理性,对每个模块实现所消耗的硬件逻辑资源进行了统计。最后,搭建系统硬件测试平台,针对空间机器人动力学参数实时解算系统进行了相关测试和实验研究,实验结果验证了所提出的空间机器人动力学参数实时解算系统的可行性和有效性。
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