信人机器人乒乓球对弈作业三维仿真系统设计和实现

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1、摘要近年来，机器人仿真技术被广泛应用于机器人的设计、制造、运行过程中，用以优化机构设计、验证正逆运动学和轨迹规划算法等。本文的研究内容是在863计划的仿人机器人移动作业协调关键技术和系统集成项目的需求下，为仿人机器人乒乓球对弈作业设计并实现一套三维仿真系统，用以辅助仿人机器人乒乓球对弈作业的研究和展示。首先，本文对仿人机器人乒乓球对弈作业的三维仿真系统的需求进行分析，明确仿真系统的功能和使用范围，并按照面向对象的设计方法对仿真系统的总体架构和模块进行设计，为仿真系统的实现制定蓝图。然后，本文对乒乓球的轨迹预测方法进行了研究，分别对乒乓球

2、空中飞行阶段、乒乓球与球桌碰撞阶段、乒乓球与球拍碰撞阶段进行了分析和建模，并用彩色和黑白两套双目立体视觉系统对所建模型进行验证和参数标定，然后分析了影响基于迭代模型的乒乓球轨迹预测方法的精度的主要因素，并提出了基于位置和速度迭代修正的方法来提高预测的精度。接着，本文通过对仿人机器人手臂的自由度、上下臂长度、关节运动范围等因素的综合分析对机构设计进行了优化仿真，并根据优化方案和乒乓球对弈环境，建立仿人机器人乒乓球对弈作业的三维仿真场景，对仿人机器人手臂的正逆运动学、回球策略、击球规划和腿部的正逆运动学、运动规划等进行验证。最后，本文对仿真

3、系统的功能进行了扩展，将仿真系统和仿人机器人的控制系统通过基于RTnet实时以太网协议进行无缝连接，并利用验证好的乒乓球轨迹预测、仿人机器人手臂的正逆运动、击球规划和仿人机器人腿部的正逆运动、运动规划等来驱动真实的仿人机器人进行乒乓球对弈。关键词：仿人机器人，乒乓球轨迹预测，三维仿真，Xenomai，RTnetAbstract————————————————————————————————————————————————————————一一——Robotsimulationtechnologyhasbeenwidelyusedinrob

4、otdesign，manufactureandoperationfortheoptimizationofmechanismandtheverificationofkinematicsandtrajectoryplanninginrecentyears．Thestudyofthisthesisistodevelopa3dsimulationsystemforthetabletennishumanoidrobotwhichisthemainstudyofKevTechnologiesandSystemIntegrationofMobileO

5、peratingCoordinationforHumanoidRobotProgramsupportedby863NationHigh．techProject．Firstofall，thisthesisanalysestherequirementtodefinethefunctionandusagerangeofthesimulationsystem．Thenthethesisdesignstheoveralla“Ihitecnlreandmodulesofthesimulationsysteminthelightofobject．or

6、ientedpro孕ammingmethodSecondly,thethesisfocusesonthetrajectorypredictionoftabletennis．setsupmodelsofthetabletennisball’sFlyingphase，collidingwithtablephaseandcollidingwlthracketphaseseparately,whicharevalidatedandcalibratedbythebinocularstereoV1slonsystemafterwards．After

7、thediscussionofthemainfactorsaffectingtheaccuracyoftabletennistrajectorypredictionusingtheiterativemodelmetllod．metneslsproposesanImprovementmethodbasedonpositionandspeediterativecorrection．Thirdly,thethesisstudiestheoptimizationofthemechanicaldesignofthenuman01Qrobotarm

8、withtheconsiderationofthedegreesoffreedom，lengthoftheupperandloweralmsandrangeofjointmotion．Theninaccor