[发明专利]乒乓球发球机器人的多轴控制方法及多轴控制装置

说明书

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。

技术领域

本申请属于电机控制技术领域，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。

背景技术

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ARM cortex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。

发明内容

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p_f满足速度能够达到最大速度v_max，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：