[发明专利]一种基于并联机械臂的类冰球对决方法

说明书

本发明公开了一种基于并联机械臂的类冰球对决方法，包含以下步骤：A、根据目标的初速度、加速度及当前对手位置来规划击打路径，计算击打位置及时间；B、运用运动学反解算法，根据已知的机械手末端坐标位置求出伺服电机转动角度；C、设计模糊控制规则，实现对来自不同路径的小球及对手位置做出正确击打，本发明以实验室的并联机械手臂为研究对象，分析研究了NJ控制器的运动控制特点，机械手臂的路径规划及控制等问题，建立数学模型并且设计算法来实现机械手与人的冰球对决训练，帮助运动员练习冰球技术。

技术领域

本发明涉及体育运动领域，具体是一种基于并联机械臂的类冰球对决方法。

背景技术

随着科技的不断发展与进步，机械人研究方兴未艾，机械人逐渐从科幻电影走到真实的人类生活。工业机械臂作为机器人的一部分对于社会生产的各个方面也都具有重要的意义，如汽车制造业、电器制造业、塑料加工业、机械制造、采矿、冶金、石油化工等领域；本课题将机械臂作为陪练员与体育运动结合起来，帮助运动员进行训练。

虽然目前的机器臂能够完成一些特定的高难度任务。可是面对动态、复杂环境，这些机器臂将会捉襟见时，难于完成任务。这就需要机器臂具有更智能的控制算法，能在不断变化的环境中调整策略进行适应。为完成这一目标，机器人系统需要能够自主建立自己的对外部事件的内部知识表征系统。具有认知能力的生物个体，是通过认知能力的学习过程来建立这一内部知识表征系统的。我们的研究兴趣集中在机器人感觉运动协调能力的生成和发展，正如文中所推荐的：感觉运动协调是认知能力的重要基础之一。

人类可以进行冰球运动，是其感觉运动协调的高级表现。在冰球运动中，标准冰球直径只有70毫米，且运动速度快，人正常打球时冰球的速可达40m/s。因此，利用机器手臂打冰球时，需要针对冰球运动的特点，解决快速运动冰球的可靠跟踪、轨迹预测、以及控制机器臂以合适的时间、位置、姿态和速度进行击球等问题。同时打冰球过程，涉及到视觉感知与智能控制的众多问题，通过对机器手臂打冰球的研究，可以对一系列感知和控制问题进行深入探索。

本论文目的是进行基于并联机械臂的类冰球对决控制策略的研究与设计。依托于OMRON公司的新产品NJ控制器，以实验室的并联机械手臂为研究对象，分析研究了NJ 控制器的运动控制特点，机械手臂的路径规划及控制等问题，建立数学模型并且设计算法编写程序来实现机械手与人的冰球对决训练。通过对基于并联机械臂冰球对决策略的研究设计，希望在未来能够帮助运动员在训练过程中一次又一次的试探着人类的极限并实现自我突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于并联机械臂的类冰球对决方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于并联机械臂的类冰球对决方法，包含以下步骤：

A、根据目标的初速度、加速度及当前对手位置来规划击打路径，计算击打位置及时间；

B、运用运动学反解算法，根据已知的机械手末端坐标位置求出伺服电机转动角度；

C、设计模糊控制规则，实现对来自不同路径的小球及对手位置做出正确击打。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤B具体是：根据反解算法的数学模型图，已知主手臂长L_t，从臂长L_b，轴间距R_t，平动盘长度R_b，机械手的末端坐标位置G(X，Y)，以左电机角度θ₁为例，A点坐标为由于机器手末端平动盘保持水平，E点坐标可表示为因此，向量设单位向量方向为X轴负方向，运用向量夹角公式可得：由于|AC|＝L_t， |CE|＝L_b，根据余弦定理，求得角α的余弦值为，由此可得θ₁＝∠EAH-α。