本文選題：乒乓球機(jī)械臂　切入點(diǎn)：建模　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：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)用分類討論的思想對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行詳細(xì)分類處理,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)行處理和分析。運(yùn)用Simulink中的SimMechanics工具箱,搭建乒乓球機(jī)械臂的虛擬機(jī)械結(jié)構(gòu),直觀地反映出其運(yùn)動(dòng)過(guò)程,并繪制出末端的軌跡圖形,便于對(duì)算法的理解和分析;通過(guò)繪制各個(gè)關(guān)節(jié)的角度、角速度和角加速度曲線,分析乒乓球機(jī)械臂的平穩(wěn)性和協(xié)調(diào)性,比較各種算法的特點(diǎn)。
[Abstract]:In this paper , the problem of trajectory planning of table tennis mechanical arm is studied by means of mathematical theory knowledge such as coordinate system and coordinate system .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：1723600