乒乓球機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、乒乓球運(yùn)動(dòng)開展廣泛，能夠和人對(duì)打的乒乓球機(jī)器人潛在需求巨大?，F(xiàn)有發(fā)球機(jī)能以可調(diào)的頻率發(fā)出不同旋轉(zhuǎn)、角度、速度的乒乓球，供運(yùn)動(dòng)員回?fù)?，局限是不能打成回合，趣味性不夠。有必要研制完整功能的乒乓球機(jī)器人，該機(jī)器人能夠最大程度地模仿乒乓球運(yùn)動(dòng)中人的行為，能夠以不同的策略發(fā)球、回?fù)魜砬颍夷軌蛘{(diào)整各種參數(shù)以適應(yīng)不同水平的運(yùn)動(dòng)員。
　　 乒乓球機(jī)器人模擬人的行為，要完成目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)三維定位、擊球點(diǎn)預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)控制等過程。關(guān)鍵點(diǎn)是系統(tǒng)響應(yīng)速

2、度要快，在短時(shí)間內(nèi)回?fù)魜砬颍瑸榇霜?dú)創(chuàng)性地采用直線電機(jī)X_Y平臺(tái)結(jié)合三自由度機(jī)械手(可擴(kuò)展為六自由度機(jī)械手)完成乒乓球機(jī)器人位姿控制。
　　 方案由兩個(gè)攝像頭和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成雙目視覺系統(tǒng)以兼顧處理精度及速度的要求，計(jì)算機(jī)獲取圖像并進(jìn)行濾波等處理后進(jìn)行目標(biāo)(乒乓球)識(shí)別，然后采用面積中心算法求取目標(biāo)二維坐標(biāo)，用兩個(gè)攝像頭得到的兩條空間直線交匯算法得到目標(biāo)的三維坐標(biāo)；擊球點(diǎn)的預(yù)測(cè)，通過分析乒乓球受力及飛行模式，建立數(shù)學(xué)模型，采用迭代法

3、快速求解飛行軌跡；運(yùn)動(dòng)控制，由X_Y平臺(tái)及機(jī)械手并行完成，以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度及穩(wěn)定性，兩臺(tái)永磁直線電機(jī)及其它構(gòu)件組成的X_Y平臺(tái)完成球拍的位置控制，三自由度機(jī)械手完成姿態(tài)控制。建立X_Y平臺(tái)直線電機(jī)模型，得出傳遞函數(shù)，采用數(shù)字PID控制器進(jìn)行控制。對(duì)機(jī)械手建立位姿描述，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)反解得出關(guān)節(jié)的位移，用逆雅可比矩陣及其導(dǎo)數(shù)求解關(guān)節(jié)速度及關(guān)節(jié)加速度。
　　 X_Y平臺(tái)及三自由度機(jī)械手均采用運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行控制，并與計(jì)算機(jī)及視覺系統(tǒng)組成