乒乓球機(jī)器人控制系統(tǒng)及擊打策略研究.pdf

1、乒乓球機(jī)器人是一個(gè)典型的智能實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它涵蓋機(jī)器人研究領(lǐng)域智能控制、高速視覺伺服、人機(jī)交互以及機(jī)器學(xué)習(xí)等一系列核心技術(shù)，研究乒乓球機(jī)器人，可以有效地推動機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，具有較高科研價(jià)值。
　　結(jié)合國家863計(jì)劃先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域“仿人機(jī)器人高性能單元與系統(tǒng)”重點(diǎn)項(xiàng)目，本文研究了與乒乓球機(jī)器人控制系統(tǒng)及其擊打策略，實(shí)現(xiàn)了與人簡單對打乒乓球。
　　首先設(shè)計(jì)了一個(gè)乒乓球機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由嵌入式處理器和FPGA的組成，組建了基于

2、Socket和LVDS的高速通信網(wǎng)絡(luò)。在此硬件平臺的基礎(chǔ)上，移植了VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，編寫了嵌入式實(shí)時(shí)控制程序。該系統(tǒng)具有體積小、集成度高、實(shí)時(shí)性好、通訊速率快的特點(diǎn)。
　　為了實(shí)現(xiàn)六自由度機(jī)械臂的控制，研究了仿人形快速手臂的位置運(yùn)動學(xué)與速度運(yùn)動學(xué)及電機(jī)控制方法。用D-H法解出了逆運(yùn)動學(xué)的封閉解析解，提出了矢量積法和定義法相結(jié)合的求解雅可比矩陣的方法，解出了其速度運(yùn)動學(xué)；研究了五次多項(xiàng)式軌跡規(guī)劃算法和基于狀態(tài)觀測器的PD控

3、制，完成了電機(jī)的位置控制。
　　為了完成與人對打，研究了乒乓球機(jī)器人的擊打策略。采用系統(tǒng)辨識的方法精確地預(yù)測了乒乓球的飛行軌跡，分析了乒乓球與球桌碰撞過程；設(shè)計(jì)了基于SNTP的簡單對時(shí)協(xié)議，校正了對時(shí)誤差，實(shí)現(xiàn)了視覺處理計(jì)算機(jī)與控制計(jì)算機(jī)間的毫秒級精度的時(shí)間校正；研究了球拍主動出力的擊球過程，建立了球拍擊球的物理模型，根據(jù)來球速度和預(yù)計(jì)落點(diǎn)求解出了球拍的出手速度及擊球姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)了主動擊球；最后完成了乒乓球擊打三要素，即擊球時(shí)機(jī)、擊