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

【摘要】：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,包括指定坐標系以及坐標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)進行處理和分析。運用Simulink中的SimMechanics工具箱,搭建乒乓球機械臂的虛擬機械結(jié)構(gòu),直觀地反映出其運動過程,并繪制出末端的軌跡圖形,便于對算法的理解和分析;通過繪制各個關(guān)節(jié)的角度、角速度和角加速度曲線,分析乒乓球機械臂的平穩(wěn)性和協(xié)調(diào)性,比較各種算法的特點。
[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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：1723600