基于机械手臂三维直拍横打模拟技术研究

论文摘要

本文主要针对直拍横打技术的现状及发展趋势，与横拍反手位技术进行比较分析研究直拍横打关键技术的特点，针对直拍横打技术存在用力不足、击球点难掌握和腕关节用力不足等弱点，根据手腕和前臂的转角受力找出最适合发力的角度，针对三维机械手臂击球动作的研究，从而在理论上形成一套科学合理的直拍横打训练方法。首先，本文介绍了串联机器人技术的发展概况，并在前人的基础上对串连机器人性能指标进行了综合的分析。对在三维直拍横打系统中要遇到的碰撞检测算法进行研究，选择一种优良的碰撞检测算法应用于该系统中。并对真人手臂进行分析研究，得出拟人机械手臂的设计方案。其次，由串联机器人技术理论得出七自由度三维机械手臂的模拟仿真模型，提出三维仿真模拟机械手臂应该注意和重点设计的几个步骤；对现今存在的机器人手臂进行自由度分析选择出最好的机械手臂机构应用到三维直拍横打技术的研究。对最佳自由度机械手臂进行动作仿真。再次，对兵乓球场景进行分析划分模块分别进行建模仿真，MD2和MDL三维模型格式进行分析研究选择出场景应用模型格式，对各大模块进行建模，对场景进行组装。最后，应用实验得出数据，并将这些数据应用于三维虚拟乒乓球直拍横打系统，和现实横拍反手位动作进行对比研究，得出理论数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 对直拍横打的研究
• 1.2 对机器人技术的研究
• 1.2.1 机器人的发展简史
• 1.2.2 机器人技术的定义
• 1.2.3 串联工业机器人发展简述
• 1.2.4 串联机器人的应用
• 1.3 三维虚拟计算机仿真技术的研究
• 1.4 课题研究内容
• 1.5 本文组织结构
• 第2章 理论基础
• 2.1 机器人性能指标参数
• 2.1.1 行列式指标
• 2.1.2 条件数指标
• 2.1.3 全域性能指标
• 2.1.4 力椭球指标
• 2.1.5 承载力各向异性指标
• 2.1.6 基于 Hessian 矩阵的性能指标
• 2.1.7 基于刚度矩阵的性能指标
• 2.2 碰撞检测算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 拟人机械手臂研究和设计
• 3.1 三维机械手臂在机器人领域的研究和发展
• 3.2 机械手臂控制理论的发展概况
• 3.2.1 运动学控制
• 3.2.2 动力学控制
• 3.3 拟人手臂方案设计
• 3.3.1 人体手臂结构分析
• 3.3.2 拟人机械手臂运动机构的选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 三维乒乓球场景的实现
• 4.1 引言
• 4.2 OpenGL 简介
• 4.2.1 OpenGL 的发展和功能简介
• 4.2.2 OpenGL 和 DirectX 的区别与联系
• 4.3 MD2 和 MDL 模型简介
• 4.4 OpenGL 的框架搭建和环境配置
• 4.4.1 Visual C++和 OpenGL 框架搭建
• 4.4.2 Visual C++和 OpenGL 开发环境的配置
• 4.4.3 MDL 模型嵌入和三维乒乓场景的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于机械手臂三维直拍横打系统的实现
• 5.1 引言
• 5.2 系统开发环境简介
• 5.3 仿真建模的基本要求
• 5.4 基于机械手臂三维直拍横打系统的设计与实现
• 5.4.1 系统的设计
• 5.4.2 直拍横打握拍的模拟
• 5.4.3 直拍横打技术动作模拟
• 5.5 基于机械手臂三维直拍横打系统的实验数据分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献