空间机械手电联试系统可以使研究人员充分利用计算机的计算能力及可视化手段对空间机器人在太空中的动态特性进行研究,并借助地面实验平台验证其建模和控制算法的正确性。本文主要研究并实现了空间机械手电联试系统的重要组成部分——电模拟器,通过电模拟器与空间机械手系统的上位控制计算机和动力学仿真计算机互连进行联试,检测空间机械手系统各个部件接口传递信息的正确性及其在轨执行任务的能力。本文主要创新之处在于硬件结构上的设计。相对于传统的CAN通讯结构,在电模拟器中,本文构建了三路CAN总线通讯结构。在中央控制器的内部CAN结构中,我们提出了冗余双CAN结构。和传统的冗余双CAN利用两个控制器来实现冗余的方式不同。本文利用独立CAN控制器SJA1000,通过和一个模拟开关74HC4052芯片连接来控制两路CAN总线。本文的另一个创新点是液晶显示模块的接口电路,通过一个简单的跳线方式,使得液晶显示模块能同时和DSP与CPLD连接,而不用对它们单独设计连接电路,极大地提高了电路的灵活性并节省了大量的电路空间。论文的主要工作包括如下几个方面:第一,建立的空间机械手的数学模型,对其进行运动学分析,推导出运动学正变换和逆变换的公式,并对机器人轨迹规划作了简单介绍,提出两种关节空间路径规划的算法。第二,建立了直流无刷电机的数学模型,并根据机械手系统中所选用电机的参数在MATLAB中进行了建模仿真。根据电机的实际特性和机器人控制的要求,设计了伺服系统的总体模型,并逐步建立了包含电流环、速度环和位置环的三环PID控制器。对所建立的位置伺服控制系统在MATLAB中进行了建模仿真,初步分析了伺服系统的动态性能,并根据仿真初步确定了三环PI调节器的控制参数。第三,设计了电模拟器运行的硬件电路平台。研制关节模拟器和手眼视觉模拟器的主要工作包括硬件电路总体方案的设计、硬件电路主要器件的选型论证、电路各模块的原理设计、在系统可编程的CPLD逻辑电路设计、PCB制板,以及硬件电路的调试、修改和优化等。第四,完成了液晶显示模块的接口设计和显示模块软件的开发及优化。对液晶显示模块的接口分别提供了和DSP及CPLD相连的方式,通过跳线来选择连接方式。第五,在DSP的CCS开发编译环境下进行了电模拟器的软件设计实现。电模拟器的软件组织结构是通过循环等待加中断的方式来组织的。软件框架中主要包括主控管理流程设计、CAN总线通讯底层收发软件、高层应用软件的设计和伺服控制软件的实现等。最后,对电联试系统进行了测试,相关性能测试包括单板测试以及关节模拟器和手眼视觉模拟器共同参与的电联试系统联合测试。在测试分析的基础上,对先前的设计进行修改优化。最终测试结果表明:电联试系统的硬件平台设计合理,CAN总线通讯稳定、伺服控制系统跟踪性能良好,仿真任务演示真实可靠。