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

2、機械臂運動學(xué)分析。
　　論文首先研究了空間機器臂的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，指出空間機械臂在深空探測及空間在軌服務(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)場總線應(yīng)用的現(xiàn)狀。
　　通過研究空間機械臂系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和本課題中機械臂的構(gòu)型，提出了空間機械臂分布式控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。詳細(xì)研究了空間機械臂分布式系統(tǒng)中央控制器、總線通訊、關(guān)節(jié)運動機構(gòu)及配電器

3、各模塊的硬件設(shè)計，且確保各模塊性能達(dá)到系統(tǒng)控制要求?？臻g機械臂伺服控制系統(tǒng)的總體設(shè)計為本課題研究提供了硬件條件。
　　空間機械臂CANopen協(xié)議的配置為電機在CAN總線下實現(xiàn)運動控制提供了通訊基礎(chǔ)。論文中介紹了CAN總線的特點及發(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)議和運動控制設(shè)備子協(xié)議，結(jié)合本課題電機運動控制要求，設(shè)計了適合空間機械臂系統(tǒng)控制的心跳協(xié)議配置、PDO映射配置以及運動控制

4、配置。
　　空間機械臂運動學(xué)分析是實現(xiàn)末端點到點運動的理論基礎(chǔ)。論文中根據(jù)六自由度空間機械臂結(jié)構(gòu)特點和關(guān)節(jié)約束關(guān)系，采用改進(jìn)型 DH法建立機械臂模型和機械臂空間坐標(biāo)系，論述了空間機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，完成了空間機械臂運動學(xué)分析，并在Matlab中建立機械臂空間模型，通過仿真驗證了機械臂運動學(xué)算法的正確性。機械臂末端工作區(qū)間是機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械臂末