[發(fā)明專利]乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制方法及多軸控制裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010946310.8 | 申請日： | 2020-09-10 |
| 公開（公告）號： | CN112121388B | 公開（公告）日： | 2022-02-01 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 劉福川;張海波;楊躒;許楠;張文 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海創(chuàng)屹科技有限公司 |
| 主分類號： | A63B69/40 | 分類號： | A63B69/40;A63B67/04 |
| 代理公司： | 北京科石知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11595 | 代理人： | 李艷霞 |
| 地址： | 201206 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 乒乓球 發(fā)球 機(jī)器人 控制 方法 裝置 | ||
本申請?zhí)峁┝艘环N乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制方法及多軸控制裝置，乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制方法包括以下步驟：獲取乒乓球的有效發(fā)球軌跡；按照乒乓球的有效發(fā)球軌跡，根據(jù)乒乓球發(fā)球機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)N，采用PWM的控制形式對乒乓球發(fā)球機(jī)器人的N?1個(gè)關(guān)節(jié)處的軸進(jìn)行控制，采用CAN總線的控制形式對乒乓球發(fā)球機(jī)器人剩余的1個(gè)關(guān)節(jié)處的軸進(jìn)行控制。本申請采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制，能夠大大降低硬件成本，且控制過程簡單、清晰。
技術(shù)領(lǐng)域
本申請屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制方法及多軸控制裝置。
背景技術(shù)
乒乓球作為國球深受國人的喜愛，因此越來越多的人參與到乒乓球的訓(xùn)練中來。然而，目前乒乓球訓(xùn)練時(shí)還主要依靠教練發(fā)球或者發(fā)球機(jī)發(fā)球。以機(jī)器人的形式實(shí)現(xiàn)教練形式發(fā)球的情況還十分少見。為了更好的幫助運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行日常的練習(xí)和訓(xùn)練，需要有一款能夠發(fā)球的機(jī)器人來輔助他們訓(xùn)練。
現(xiàn)階段關(guān)于乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸同步控制的實(shí)現(xiàn)方式較少?，F(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人或者服務(wù)機(jī)器人控制多采用工控機(jī)或者控制板卡的控制方式。工控機(jī)多為X86架構(gòu)或者ARM cortex架構(gòu)的CPU單元為主控制器的主板，控制多采用總線控制形式，例如，EtherCAT總線控制。這種機(jī)器人多軸電機(jī)同步控制的方案移植到乒乓球發(fā)球機(jī)器人控制上，雖然也可以實(shí)現(xiàn)乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制，但是控制過程過于冗余復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)成本高。
發(fā)明內(nèi)容
為至少在一定程度上克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本申請?zhí)峁┝艘环N乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制方法及多軸控制裝置。
根據(jù)本申請實(shí)施例的第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制方法，其包括以下步驟：
獲取乒乓球的有效發(fā)球軌跡；
按照乒乓球的有效發(fā)球軌跡，根據(jù)乒乓球發(fā)球機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)N，采用PWM的控制形式對乒乓球發(fā)球機(jī)器人的N-1個(gè)關(guān)節(jié)處的軸進(jìn)行控制，采用CAN總線的控制形式對乒乓球發(fā)球機(jī)器人剩余的1個(gè)關(guān)節(jié)處的軸進(jìn)行控制。
上述乒乓球發(fā)球機(jī)器人的多軸控制方法中，所述步驟按照乒乓球的有效發(fā)球軌跡，根據(jù)乒乓球發(fā)球機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)N，采用PWM的控制形式對乒乓球發(fā)球機(jī)器人的N-1個(gè)關(guān)節(jié)處的軸進(jìn)行控制，采用CAN總線的控制形式對乒乓球發(fā)球機(jī)器人剩余的1個(gè)關(guān)節(jié)處的軸進(jìn)行控制的具體過程為：
計(jì)算乒乓球發(fā)球機(jī)器人各關(guān)節(jié)處軸的周期任務(wù)；
根據(jù)乒乓球發(fā)球機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)N，設(shè)置N+1個(gè)時(shí)間片；
在第j個(gè)時(shí)間片向第j軸發(fā)送PWM脈沖，其中，1≤j≤N-1，且j為整數(shù)；
在第N個(gè)時(shí)間片向第N軸的CAN總線發(fā)送同步報(bào)文并通過CAN總線獲取狀態(tài)回復(fù)信息；
在第(N+1)個(gè)時(shí)間片向第N軸發(fā)送CAN位置指令；
判斷各關(guān)節(jié)處軸是否已到達(dá)對應(yīng)的軌跡目標(biāo)位移，如果到達(dá)，則運(yùn)行軌跡結(jié)束；否則進(jìn)入下一個(gè)周期任務(wù)，重新在第1個(gè)時(shí)間片向第一軸發(fā)送PWM脈沖。
進(jìn)一步地，所述步驟計(jì)算乒乓球發(fā)球機(jī)器人各關(guān)節(jié)處軸的周期任務(wù)中，各關(guān)節(jié)處軸的周期任務(wù)根據(jù)各關(guān)節(jié)處軸的軌跡運(yùn)算得到，各關(guān)節(jié)處軸的軌跡指的是各關(guān)節(jié)處軸的位移與時(shí)間的函數(shù)以及速度與時(shí)間的函數(shù)；
各關(guān)節(jié)處軸在某控制周期的任務(wù)就是以該周期的運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)到該周期的目標(biāo)位移。
更進(jìn)一步地，所述步驟計(jì)算乒乓球發(fā)球機(jī)器人各關(guān)節(jié)處軸的周期任務(wù)的過程為：
實(shí)際目標(biāo)運(yùn)動(dòng)位移pf滿足速度能夠達(dá)到最大速度vmax，運(yùn)動(dòng)軌跡包括運(yùn)動(dòng)位移p與時(shí)間t的函數(shù)以及速度v與時(shí)間t的函數(shù)；
其中，運(yùn)動(dòng)位移p與時(shí)間t的函數(shù)為：
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