乒乓球发球机器人的多轴控制方法及多轴控制装置制造方法及图纸

本申请提供了一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法及多轴控制装置，乒乓球发球机器人的多轴控制方法包括以下步骤：获取乒乓球的有效发球轨迹；按照乒乓球的有效发球轨迹，根据乒乓球发球机器人的关节数N，采用PWM的控制形式对乒乓球发球机器人的N‑1个关节处的轴进行控制，采用CAN总线的控制形式对乒乓球发球机器人剩余的1个关节处的轴进行控制。本申请采用单片机实现乒乓球发球机器人的多轴控制，能够大大降低硬件成本，且控制过程简单、清晰。

【技术实现步骤摘要】
乒乓球发球机器人的多轴控制方法及多轴控制装置
本申请属于电机控制
，具体涉及一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法及多轴控制装置。
技术介绍
乒乓球作为国球深受国人的喜爱，因此越来越多的人参与到乒乓球的训练中来。然而，目前乒乓球训练时还主要依靠教练发球或者发球机发球。以机器人的形式实现教练形式发球的情况还十分少见。为了更好的帮助运动员进行日常的练习和训练，需要有一款能够发球的机器人来辅助他们训练。现阶段关于乒乓球发球机器人的多轴同步控制的实现方式较少。现有的工业机器人或者服务机器人控制多采用工控机或者控制板卡的控制方式。工控机多为X86架构或者ARMcortex架构的CPU单元为主控制器的主板，控制多采用总线控制形式，例如，EtherCAT总线控制。这种机器人多轴电机同步控制的方案移植到乒乓球发球机器人控制上，虽然也可以实现乒乓球发球机器人的多轴控制，但是控制过程过于冗余复杂且实现成本高。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法及多轴控制装置。根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法，其包括以下步骤：获取乒乓球的有效发球轨迹；按照乒乓球的有效发球轨迹，根据乒乓球发球机器人的关节数N，采用PWM的控制形式对乒乓球发球机器人的N-1个关节处的轴进行控制，采用CAN总线的控制形式对乒乓球发球机器人剩余的1个关节处的轴进行控制。上述乒乓球发球机器人的多轴控制方法中，所述步骤按照乒乓球的有效发球轨迹，根据乒乓球发球机器人的关节数N，采用PWM的控制形式对乒乓球发球机器人的N-1个关节处的轴进行控制，采用CAN总线的控制形式对乒乓球发球机器人剩余的1个关节处的轴进行控制的具体过程为：计算乒乓球发球机器人各关节处轴的周期任务；根据乒乓球发球机器人的关节数N，设置N+1个时间片；在第j个时间片向第j轴发送PWM脉冲，其中，1≤j≤N-1，且j为整数；在第N个时间片向第N轴的CAN总线发送同步报文并通过CAN总线获取状态回复信息；在第(N+1)个时间片向第N轴发送CAN位置指令；判断各关节处轴是否已到达对应的轨迹目标位移，如果到达，则运行轨迹结束；否则进入下一个周期任务，重新在第1个时间片向第一轴发送PWM脉冲。进一步地，所述步骤计算乒乓球发球机器人各关节处轴的周期任务中，各关节处轴的周期任务根据各关节处轴的轨迹运算得到，各关节处轴的轨迹指的是各关节处轴的位移与时间的函数以及速度与时间的函数；各关节处轴在某控制周期的任务就是以该周期的运动速度运动到该周期的目标位移。更进一步地，所述步骤计算乒乓球发球机器人各关节处轴的周期任务的过程为：实际目标运动位移pf满足速度能够达到最大速度vmax，运动轨迹包括运动位移p与时间t的函数以及速度v与时间t的函数；其中，运动位移p与时间t的函数为：速度v与时间t的函数为：式中，实际目标运动位移pf满足速度无法达到最大速度vmax就开始减速，运动轨迹函数包括运动位移p与时间t的函数以及速度v与时间t的函数；其中，运动位移p与时间t的函数为：速度v与时间t的函数为：式中，更进一步地，根据所述动位移p与时间t的函数，得到第i个轴在第n+1个周期的运动位移Δpi((n+1)T)的运算表达式为：Δpi((n+1)T)＝pi((n+1)T)-pi(nT)；式中，pi((n+1)T)为pi(t)在第(n+1)T时刻的目标位移值，pi(nT)为pi(t)在第nT时刻的目标位移值，pi(t)是时间t和位置p的函数，T表示控制周期。更进一步地，根据速度v与时间t的函数，得到第i个轴在第n+1个周期的运动速度在目标运动位移pf满足的情况下的表达式为：得到第i个轴在第n+1个周期的运动速度在目标运动位移pf满足的情况下的表达式为：进一步地，每个所述时间片的时长为其中，T表示控制周期。进一步地，所述在第j个时间片向第j轴发送PWM脉冲的脉冲频率fPWM为：fPWM(t)＝kjv(t)；脉冲个数为CPWM为：CPWM(t)＝kjpj(t)；第n+1个周期的脉冲频率为：fPWM((n+1)T)＝kjv((n+1)T)；第n+1个周期的脉冲个数为：ΔCPWM((n+1)T)＝CPWM((n+1)T)-CPWM(nT)；通过在第n+1个周期，按照脉冲频率fPWM((n+1)T)向第j轴发送ΔCPWM((n+1)T)个脉冲，完成第j个时间片的任务；其中，kj为第j轴的脉冲角度系数，vj(t)为第j轴的速度与时间的函数，pj(t)为第j轴的位移与时间的函数，1≤j≤N-1，且j为整数。进一步地，所述判断各关节处轴是否已到达对应的轨迹目标位移，主要是比较当前时刻的位移p(t)和目标位移pf，如果p(t)＝pf，则目标位移达到，运行结束；如果p(t)<pf，则目标位移未达到，重新进入下一个周期任务。根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种乒乓球发球机器人的多轴控制装置，其包括：存储器和处理器；所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行上述任一项所述的乒乓球发球机器人的多轴控制方法。根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请采用单片机实现乒乓球发球机器人的多轴控制，能够大大降低硬件成本。本申请融合了脉冲控制和CAN总线控制的多关节控制，同时具有脉冲控制实现形式简单以及实现成本低的优势，以及CAN总线的状态读取回复的优势。本申请通过定时器将整个控制划分成为多个时间片，通过各时间片来实现对各个轴的控制，每个时间片运行不同的控制任务，实现逻辑简单且更加清晰。应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。附图说明下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。图1为本申请实施例提供的一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法的流程图之一。图2为本申请实施例提供的一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法中控制过程的流程图。图3为本申请实施例提供的一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法中乒乓球发球机器人各轴运动梯形规划中的梯形曲线示意图。图4为本申请实施例提供的一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法中乒乓球发球机器人各轴运动梯形规划中的三角形曲线示意图。图5为本申请实施例提供的一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法的流程图之二。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属
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【技术保护点】
1.一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取乒乓球的有效发球轨迹；/n按照乒乓球的有效发球轨迹，根据乒乓球发球机器人的关节数N，采用PWM的控制形式对乒乓球发球机器人的N-1个关节处的轴进行控制，采用CAN总线的控制形式对乒乓球发球机器人剩余的1个关节处的轴进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种乒乓球发球机器人的多轴控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取乒乓球的有效发球轨迹；
按照乒乓球的有效发球轨迹，根据乒乓球发球机器人的关节数N，采用PWM的控制形式对乒乓球发球机器人的N-1个关节处的轴进行控制，采用CAN总线的控制形式对乒乓球发球机器人剩余的1个关节处的轴进行控制。


2.根据权利要求1所述的乒乓球发球机器人的多轴控制方法，其特征在于，所述步骤按照乒乓球的有效发球轨迹，根据乒乓球发球机器人的关节数N，采用PWM的控制形式对乒乓球发球机器人的N-1个关节处的轴进行控制，采用CAN总线的控制形式对乒乓球发球机器人剩余的1个关节处的轴进行控制的具体过程为：
计算乒乓球发球机器人各关节处轴的周期任务；
根据乒乓球发球机器人的关节数N，设置N+1个时间片；
在第j个时间片向第j轴发送PWM脉冲，其中，1≤j≤N-1，且j为整数；
在第N个时间片向第N轴的CAN总线发送同步报文并通过CAN总线获取状态回复信息；
在第(N+1)个时间片向第N轴发送CAN位置指令；
判断各关节处轴是否已到达对应的轨迹目标位移，如果到达，则运行轨迹结束；否则进入下一个周期任务，重新在第1个时间片向第一轴发送PWM脉冲。


3.根据权利要求2所述的乒乓球发球机器人的多轴控制方法，其特征在于，所述步骤计算乒乓球发球机器人各关节处轴的周期任务中，各关节处轴的周期任务根据各关节处轴的轨迹运算得到，各关节处轴的轨迹指的是各关节处轴的位移与时间的函数以及速度与时间的函数；
各关节处轴在某控制周期的任务就是以该周期的运动速度运动到该周期的目标位移。


4.根据权利要求3所述的乒乓球发球机器人的多轴控制方法，其特征在于，所述步骤计算乒乓球发球机器人各关节处轴的周期任务的过程为：
实际目标运动位移pf满足速度能够达到最大速度vmax，运动轨迹包括运动位移p与时间t的函数以及速度v与时间t的函数；
其中，运动位移p与时间t的函数为：



速度v与时间t的函数为：



式中，
实际目标运动位移pf满足速度无法达到最大速度vmax就开始减速，运动轨迹函数包括运动位移p与时间t的函数以及速度v与时间t的函数；
其中，运动位移p与时间t的函数为：



速度v与时间t的函数为：



式中，


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福川，张海波，杨跞，许楠，张文，
申请(专利权)人：上海庞勃特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31