乒乓球機器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、乒乓球運動開展廣泛，能夠和人對打的乒乓球機器人潛在需求巨大。現(xiàn)有發(fā)球機能以可調(diào)的頻率發(fā)出不同旋轉(zhuǎn)、角度、速度的乒乓球，供運動員回擊，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器人，該機器人能夠最大程度地模仿乒乓球運動中人的行為，能夠以不同的策略發(fā)球、回擊來球，而且能夠調(diào)整各種參數(shù)以適應(yīng)不同水平的運動員。
　　 乒乓球機器人模擬人的行為，要完成目標識別、目標三維定位、擊球點預(yù)測、運動控制等過程。關(guān)鍵點是系統(tǒng)響應(yīng)速

2、度要快，在短時間內(nèi)回擊來球，為此獨創(chuàng)性地采用直線電機X_Y平臺結(jié)合三自由度機械手(可擴展為六自由度機械手)完成乒乓球機器人位姿控制。
　　 方案由兩個攝像頭和計算機系統(tǒng)組成雙目視覺系統(tǒng)以兼顧處理精度及速度的要求，計算機獲取圖像并進行濾波等處理后進行目標(乒乓球)識別，然后采用面積中心算法求取目標二維坐標，用兩個攝像頭得到的兩條空間直線交匯算法得到目標的三維坐標；擊球點的預(yù)測，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；運動控制，由X_Y平臺及機械手并行完成，以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度及穩(wěn)定性，兩臺永磁直線電機及其它構(gòu)件組成的X_Y平臺完成球拍的位置控制，三自由度機械手完成姿態(tài)控制。建立X_Y平臺直線電機模型，得出傳遞函數(shù)，采用數(shù)字PID控制器進行控制。對機械手建立位姿描述，通過運動學(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平臺及三自由度機械手均采用運動控制卡進行控制，并與計算機及視覺系統(tǒng)組成