(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210998012.2 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 北京空间飞行器总体设计 部 地址 100094 北京市海淀区友谊路104 号 (72)发明人 余晟　周东　刘鑫　李德伦　 汪路元　胡玉茜　牛嘉祥　顾明　 禹霁阳　王铎　卢京　李承昊　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 庞静 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种空间机械臂运动参数在轨异构管理系 统及方法 (57)摘要 一种空间机械臂运动参数在轨异构管理系 统及方法， 包括冷备份关系的主备份 关节控制器 和关节控制器FPGA以及机械臂中央控制器； 所述 机械臂中央控制器通过外部总线与航天器中央 处理单元进行通信， 用于保存一份运动参数； 所 述运动参数为关节控制电机计算所需参数； 所述 主备份的关节控制器通过机械臂控制总线与所 述机械臂中央控制器进行通信； 主备份的关节控 制器、 主份关节控制器FPGA中分别用于 各存储一 份运动参数； 主份或备份的关节控制器将运动参 数从对应的关节控制器存储器中加载到对应的 FPGA中进行计算； 由关节控制器 FPGA进行参数计 算和电机控制。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115383743 A 2022.11.25 CN 115383743 A 1.一种空间机械臂运动参数在轨异构管理系统， 其特征在于： 包括冷备份关系的主备 份关节控制器和关节控制器FPGA以及机 械臂中央控制器； 所述机械臂中央控制器通过外部总 线与航天器中央处理单元进行通信， 用于保存一份 运动参数； 所述 运动参数为关节控制电机计算所需参数； 所述主备份的关节控制器通过机械臂控制总 线与所述中央控制器进行通信； 主备份的 关节控制器、 主份关节控制器FPGA中分别用于各存储一份运动参数， 分别用于主份、 备份控 制； 主份或备份的关节控制器将运动参数从对应的关节控制器存储器中加载到对应的FPGA 中进行计算； 由关节控制器FPGA进行参数计算和电机控制。 2.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于： 机械臂中央控制器、 主备份的关节控制器 采用ROMFS文件系统存储运动参数， 若干组运动参数构成一份文件， 参数格式为浮点数， 一 组运动参数为关节控制器FPGA 运行关节 运动控制算法所需要的外部输入的参数， 每组参数 均包含参数名称、 参数值、 参数在FPGA里的存放地址、 参数类型以及小数位数， 并存储在表 格中。 3.根据权利要求2所述的系统， 其特 征在于： 每组运动参数保存三份， 用于三取二处 理。 4.根据权利要求2所述的系统， 其特征在于： 主份或备份的关节控制器将运动参数从对 应的关节控制器存 储器中加载到对应的FPGA中进行计算包括： S1、 关节控制器通过向中央控制器发送参数名称询问每组运动参数的取值； S2、 中央控制器通过收到的参数名称从其存储器中找到对应的文件， 从文件中读取参 数名称、 参数值、 参数在FPGA里的存放地址、 类型和小 数位数附带校验和通过总线发送给关 节控制器； S3、 关节控制器在确认校验和正确后， 将读取的内容写入到自身对应的参数名称文件， 完成数据内容的恢复； 否则不进行写入； S4、 关节控制器从写入的参数名称文件中读取参数值， 并判断参数是否为有效参数， 若 为有效参数， 则进行浮点数转换为整型的操作， 并将转换后的整型数值加载到对应的FPGA 存放地址； 若无效， 则读取参数的默认值， 同样进行浮点数转换为整型的操作， 并将转换后 的整型数值加载到对应的FPGA存放 地址； S5、 对应关节控制器FPGA从存放 地址中获取对应的参数值， 用于对应的控制信号计算。 5.根据权利要求4所述的系统， 其特征在于： 关节控制器按照预设的时间间隔按照S4中 的处理将参数重新加载一遍， 避免发生单 粒子时间造成参数错 误。 6.根据权利要求4所述的系统， 其特征在于： 浮点数转换为整型的操作中假定浮点数据 为a， 要求转换为16位有符号定点， 假如16位中有1个符号位、 m1个整 数位、 m2个小数位， 则转 换公式如下： 7.一种利用权利要求1所述系统实现的空间机械臂运动参数在轨异构管理方法， 其特 征在于每次关节控制器启动 后， 将关节运动参数加载到对应的FPGA中， 具体包括： S1、 关节控制器通过向中央控制器发送参数名称询问每组运动参数的取值； S2、 中央控制器通过收到的参数名称从其存储器中找到对应的文件， 从文件中读取参 数名称、 参数值、 参数在FPGA里的存放地址、 类型和小 数位数附带校验和通过总线发送给关权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115383743 A 2节控制器； S3、 关节控制器在确认校验和正确后， 将读取的内容写入到自身对应的参数名称文件， 完成数据内容的恢复； 否则不进行写入； S4、 关节控制器从写入的参数名称文件中读取参数值， 并判断参数是否为有效参数， 若 为有效参数， 则进行浮点数转换为整型的操作， 并将转换后的整型数值加载到对应的FPGA 存放地址； 若无效， 则读取参数的默认值， 同样进行浮点数转换为整型的操作， 并将转换后 的整型数值加载到对应的FPGA存放 地址； S5、 对应关节控制器FPGA从存放 地址中获取对应的参数值， 用于对应的控制信号计算。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于： 空间机械臂运动 参数的更新包括地面运管 中心发起的外 部更新以及由FPGA上参数自主变化引起的内部更新。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特 征在于： 外 部更新过程包括： 关节控制器接收到地面发送的并由中央控制器转发的带运动 参数的遥控指令， 解析后 更新本地存 储器的运动参数； 关节控制器检测到本地参数发生变化， 读取自身存储器保存的该组运动 参数并计算校 验和， 发给中央控制器； 中央控制器检查校验和是否正确， 如正确， 则将运动参数写入到自身的存储器 中， 否则 不进行写入； 关节控制器从本地存储器读取参数值对应的FPGA地址和小数位值， 进行浮点数转换为 整型的操作后向FPGA加载， 完成运动参数 更新。 10.根据权利要求8所述的方法， 其特 征在于： 内部更新过程包括： 关节控制器周期读取FPGA上保存的运动参数， 在某组参数发生变化时， 关节控制器浮 点数转换为整型操作的逆运 算解算出参数的浮 点数值； 关节控制器根据FPGA地址在关节控制器存储器的中找到该参数的存放路径， 并更新相 应的值； 关节控制器检测到本地参数发生了变化， 关节控制器从自身存储器中读取自身保存的 运动参数并计算校验和， 发给中央控制器； 中央控制器检查校验和是否正确， 如正确， 则将运动参数写入到自身的存储器 中， 否则 不进行写入。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115383743 A 3