乒乓球機(jī)械臂建模與控制研究.pdf

1、乒乓球機(jī)械臂作為乒乓球機(jī)器人的重要組成部分，是機(jī)器人研究領(lǐng)域中的一員，對(duì)于社會(huì)具有廣泛的意義。論文的研究對(duì)象是乒乓球機(jī)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(wèn)題，分析了末端軌跡曲線的控制問(wèn)題，并且對(duì)乒乓球機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)期間的協(xié)調(diào)性和平穩(wěn)性等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論和處理。
　　論文采用D-H表示法對(duì)乒乓球機(jī)械臂進(jìn)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(jìn)而求出正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，再通過(guò)矩陣變換等數(shù)學(xué)理論

2、知識(shí)推導(dǎo)出逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。對(duì)于該逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，由于其中的關(guān)節(jié)角度是通過(guò)其三角函數(shù)表示的，故運(yùn)用分類(lèi)討論的思想對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行詳細(xì)分類(lèi)處理，得出乒乓球機(jī)械臂末端的位置和姿勢(shì)與關(guān)節(jié)角度之間的關(guān)系。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，研究了乒乓球機(jī)械臂末端的定位和軌跡規(guī)劃問(wèn)題，得出了相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)步驟，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jī)械臂末端到達(dá)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(shì)信息，讓乒乓球機(jī)械臂末端到達(dá)指定位置并保持期望的姿勢(shì)。由于逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程中包含姿勢(shì)信息，故可以直接解決第二種定位問(wèn)題，而在第一種定位問(wèn)題中，論文對(duì)于未在已知條件中給出的姿勢(shì)進(jìn)行了相關(guān)處理。定位只是讓末端到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，不關(guān)心其中的軌跡問(wèn)題。在軌跡規(guī)劃問(wèn)題中，包括自主規(guī)劃軌跡和沿指定軌跡運(yùn)動(dòng)兩種要求。論文首先運(yùn)用單一多項(xiàng)式算法實(shí)現(xiàn)由起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的自主規(guī)劃軌跡的要求，自主規(guī)劃軌跡表現(xiàn)在通過(guò)運(yùn)用相關(guān)算法可以計(jì)算出每一時(shí)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(diǎn)的軌跡規(guī)劃問(wèn)題，并通過(guò)多項(xiàng)式插值法等相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程;再在前面算法的基礎(chǔ)之上，充分運(yùn)用多項(xiàng)式插值算法的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了乒乓球機(jī)械臂末端沿指定軌跡運(yùn)動(dòng)的要求，并討論了沿直線運(yùn)動(dòng)和沿圓周運(yùn)動(dòng)這兩種具體問(wèn)題。
　　論文對(duì)于定位部分的兩種情形分別進(jìn)行了實(shí)物實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了定位算法的正確性。對(duì)于軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)，由于該實(shí)驗(yàn)對(duì)于舵機(jī)要求較高，故采用Matlab工具軟件來(lái)作為仿真實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行