乒乓球機械臂建模與控制研究.pdf

1、乒乓球機械臂作為乒乓球機器人的重要組成部分，是機器人研究領(lǐng)域中的一員，對于社會具有廣泛的意義。論文的研究對象是乒乓球機械臂，研究的內(nèi)容是其數(shù)學(xué)模型的建立以及定位與軌跡控制等相關(guān)問題，分析了末端軌跡曲線的控制問題，并且對乒乓球機械臂在運動期間的協(xié)調(diào)性和平穩(wěn)性等相關(guān)問題進行討論和處理。
　　論文采用D-H表示法對乒乓球機械臂進行數(shù)學(xué)模型的建立，包括指定坐標(biāo)系以及坐標(biāo)系之間的變換等相關(guān)步驟，進而求出正運動學(xué)方程，再通過矩陣變換等數(shù)學(xué)理論

2、知識推導(dǎo)出逆運動學(xué)方程。對于該逆運動學(xué)方程，由于其中的關(guān)節(jié)角度是通過其三角函數(shù)表示的，故運用分類討論的思想對逆運動學(xué)方程進行詳細分類處理，得出乒乓球機械臂末端的位置和姿勢與關(guān)節(jié)角度之間的關(guān)系。在這個基礎(chǔ)之上，研究了乒乓球機械臂末端的定位和軌跡規(guī)劃問題，得出了相關(guān)算法的實現(xiàn)步驟，并通過實驗驗證了算法的正確性。
　　定位包括兩種情形:第一種情形的已知條件只包含末端位置信息，讓乒乓球機械臂末端到達指定位置;第二種情形的已知條件包含末端位

3、置信息和姿勢信息，讓乒乓球機械臂末端到達指定位置并保持期望的姿勢。由于逆運動學(xué)方程中包含姿勢信息，故可以直接解決第二種定位問題，而在第一種定位問題中，論文對于未在已知條件中給出的姿勢進行了相關(guān)處理。定位只是讓末端到達目標(biāo)點，不關(guān)心其中的軌跡問題。在軌跡規(guī)劃問題中，包括自主規(guī)劃軌跡和沿指定軌跡運動兩種要求。論文首先運用單一多項式算法實現(xiàn)由起始點到目標(biāo)點的自主規(guī)劃軌跡的要求，自主規(guī)劃軌跡表現(xiàn)在通過運用相關(guān)算法可以計算出每一時刻末端的位置;然

4、后為了可以控制軌跡的大致走向，提出了指定中間點的軌跡規(guī)劃問題，并通過多項式插值法等相關(guān)算法實現(xiàn)這一過程;再在前面算法的基礎(chǔ)之上，充分運用多項式插值算法的特點，實現(xiàn)了乒乓球機械臂末端沿指定軌跡運動的要求，并討論了沿直線運動和沿圓周運動這兩種具體問題。
　　論文對于定位部分的兩種情形分別進行了實物實驗，驗證了定位算法的正確性。對于軌跡規(guī)劃實驗，由于該實驗對于舵機要求較高，故采用Matlab工具軟件來作為仿真實驗的平臺以及對實驗數(shù)據(jù)進行