HIT/DLR Ⅱ灵巧手是机器人宇航员的末端执行器,可以替代宇航员在非结构化环境中执行任务。现有的HIT/DLR Ⅱ采用层次化的硬件结构,主控制器位于PCI板卡上,整个灵巧手系统比较庞大,控制器未能集成到灵巧手的机械结构中。本项目在现有的HIT/DLR Ⅱ平台下,进一步简化灵巧手硬件结构,将实时控制器集成到手掌上。在此基础上设计了新的主机通讯接口,使用了Ether CAT协议,极大的提高了灵巧手的平台移植性。首先设计了基于手掌的控制平台硬件结构。之前手掌电路板的FPGA无法满足控制需求,新的手掌控制平台采用了Cyclone V So C FPGA。并以So C FPGA为核心设计了电路板的DDR3内存模块、Ether CAT通讯模块以及电源系统。另外,手掌电路板还保留了手指通讯的LVDS电路。设计了So C FPGA内部电路,包括HPS以及PPSe Co通讯模块。完成了手掌PCB的布局布线,并验证了DDR3模块的信号完整性。然后完成了基于手掌控制平台的软件设计。分析了LAN9252从站专用芯片的硬件组成以及从站代码的程序结构。设计了Ether CAT通讯的对象字典,并用SSC工具生成了从站代码。分析了So C FPGA嵌入式软件开发流程,完成手掌控制器的裸机程序。使用So C EDS开发套件,生成了Preloader引导程序。使用HWLIB以及IP核地址头文件,在DS-5软件上完成了PCI板卡的控制器程序和从站代码的整合及So C FPGA上的移植。设计了主站以及手指的通讯实验,验证了手掌软硬件设计的正确性。最后设计了HIT/DLR Ⅱ单手指力柔顺控制器,并在MATLAB Simulink上做了仿真验证。使用力矩传感器的输出补偿手指的非线性动力学项,基于此设计了笛卡尔空间的阻抗控制器。为实现力跟踪效果,采用变刚度控制算法在线估计目标刚度,并用李亚普诺夫第二定理设计了目标刚度的更新律。完成了力柔顺控制器的验证,仿真结果说明提出的算法可以实现力控制。最后通过仿真比较了初始目标刚度、不同控制器系数取值以及参数a取值对力控制器的影响。