[发明专利]机器人操作悠悠球控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械技术领域的装置，具体地说，涉及的是一种机器人操作悠悠球控制装置。

背景技术

悠悠球不仅是一种玩具，也是一项风靡世界的手部技巧类体育运动项目，很多公司都纷纷推出了悠悠球，而这些悠悠球都需要由人来操作，到目前为止在国内尚无机器人操作悠悠球的先例，操作悠悠球对机器人的智能性和技巧性要求较高。悠悠球操作也代表了一类非线性系统的周期性运动的动态控制问题，常规的开环和闭环控制方法都无法直接运用。

经对现有技术的文献检索发现，日本岗山大学Hashimoto和Noritsugu教授在1996年4月于美国Minneapolis市召开的“IEEE机器人及自动化国际会议”上发表了论文《Modeling and control of a robotic yoyo with visual feedback》(基于视觉反馈的机器人悠悠球建模及控制)，其方法有两个严重的不足：(1)是模型的不足，该文章假设并使用了摩擦这一明显不恰当的能量损失模型，实际上悠悠球的能量损失主要是由于悠悠球到达底端时会和悬绳发生一系列微小的碰撞而造成的。(2)该文章中操作器的参考运动轨迹是根据人手的轨迹而预先设定的关于时间的周期性函数，在实时控制的过程中，只有其幅值是根据悠悠球在每一周期中的幅值按比例作放大或缩小调整的，其周期却是是固定不变的，而实际上悠悠球的运动周期并不是一成不变的，这就无法保证操作器的运动始终与悠悠球的运动相协调。上述两个致命缺陷也使得其控制效果并不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种机器人操作悠悠球控制装置，使其有效地控制机器人操作悠悠球保持稳定的周期性运动，在操作结束后立即显示悠悠球运动曲线、自动计算出悠悠球运行次数并予以显示。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：直角坐标机器人的垂直轴Z轴、电机连线、控制器、RS232串行总线、实时控制系统、图像处理系统、图像采集系统、悠悠球、机械手，连接方式为：悠悠球挂在机械手上，机械手通过螺钉和定位销钉固定在直角坐标机器人的垂直轴Z轴上的滑块上，直角坐标机器人的垂直轴Z轴与控制器通过电机连线连接，控制器与实时控制系统通过RS232串行总线连接，实时控制系统与图像处理系统通过RS232串行总线连接。

所述的图像处理系统对图像采集系统所采集到的悠悠球的图像进行实时处理与显示，实时计算出悠悠球的中心坐标，并将此坐标通过RS232串行总线发送给实时控制系统，实时显示悠悠球的中心坐标及每帧图像的采集和处理时间，在操作结束后立即显示悠悠球的运动曲线、自动计算出悠悠球的运行次数并予以显示。

所述的实时控制系统接收图像处理系统发来悠悠球的坐标信号，并将其转化为悠悠球的实际坐标，根据悠悠球的实际坐标值及所建立的悠悠球的运动数学模型实时计算出机械手下一次需要提升的高度值，并将此高度值通过RS232串行总线发给控制器，实时生成机械手的参考运动轨迹，使参考轨迹的幅值、周期、相位都随悠悠球的运动状态的变化而变化。

所述的控制器接收实时控制系统发来的机械手需要提升的高度值，通过电机连线发送控制命令给直角坐标机器人的垂直轴Z轴，以控制机械手到达指定高度，此后再控制机械手迅速回到初始位置。

所述的图像采集系统包括：视频采集卡、黑板、视频数据线、三脚架、CCD摄像机，连接方式为：CCD摄像机固定在三脚架上，CCD摄像机朝向悠悠球及黑板，CCD摄像机与视频采集卡通过视频数据线连接，黑板垂直于水平面放置。

所述的机械手包括：辅助绳、悬绳、横板、铜夹、橡皮筋、拉绳、悬架，连接方式为：辅助绳上端挂在铜夹内侧，下端系于悠悠球外侧中心处，以保持悠悠球所在平面平行于黑板，悬绳上端系于横板的中心处，下端系在悠悠球的内侧短轴上，铜夹与横板通过铰链联接，横板与悬架通过螺钉联接，橡皮筋套在悬架下端上同时套住铜夹外侧上端，拉绳一端系在橡皮筋中央处另一端为拉动端。所述的机械手使得操作人员可以在远处操纵释放悠悠球，而避免操作人员进入摄像区去释放悠悠球以致造成图像干扰，而且还可以尽量保持悠悠球垂直下落而减少悠悠球的晃动和摇摆。