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乒乓球发球器的结构设计（三维SW）【6张CAD图纸+毕业论文】

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三维图纸

我的装配.SLDASM

我的装配爆炸.avi

机座.SLDPRT

零件1.SLDPRT

零件10.SLDPRT

零件11.SLDPRT

零件12.SLDPRT

零件13.SLDPRT

零件14.SLDPRT

零件15.SLDPRT

零件16.SLDPRT

零件17.SLDPRT

零件18.SLDPRT

零件19.SLDPRT

零件2.SLDPRT

零件20.SLDPRT

零件21.SLDPRT

零件22.SLDPRT

零件23.SLDPRT

零件24.SLDPRT

零件25.SLDPRT

零件28.SLDPRT

零件29.SLDPRT

零件3.SLDPRT

零件30.SLDPRT

零件31.SLDPRT

零件32.SLDPRT

零件33.SLDPRT

零件4.SLDPRT

零件5.SLDPRT

零件6.SLDPRT

零件7.SLDPRT

零件8.SLDPRT

零件9.SLDPRT

传动轴.dwg

大齿轮.dwg

小齿轮.dwg

摇摆装置齿轮.dwg

摇摆装置齿轮盘.dwg

装配图.dwg

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关键词：: 乒乓球发球结构设计三维 sw cad 图纸毕业论文

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摘要

乒乓球是一项集速度、耐力、反应力和力量为一体的运动，同时也是考验技术和战术的运动。乒乓球运动不仅适合小孩也适合老人的运动，对身体素质要求不高。随着科技生活的不断发展，人们的生活水平不断的提高，人们追求也不断提高。为了使广大练习者能达到学习乒乓球技术和健身的效果，本文设计了一种方便且好控制的乒乓球发球器。

本文综述了普遍的乒乓球发球器的类型和优缺点。了解乒乓球发球的原理，设计一种以对转双摩擦轮的发球原理，能够发射上下旋球和不旋球；采用了丝杠与螺母的配合其工作的原理，设计出乒乓球发球器的升降装置。利用齿轮带动输球管上啮合的齿盘设计摇摆装置；采用六个收球槽的叶片轮输球。对乒乓球发球器的功能结构等设计分析。本文采用三维造型设计和功能设计相结合，利用SolidWorks软件绘制乒乓球发球器的零部件和总装三维图。用AutoCAD绘制工程图。

本文设计乒乓球发球器结构比较简单，体积适中，拆装比较简单，容易操控，老少皆宜，能发射不同角度、速度和旋转的球。

关键词：三维结构设计；功能结构设计；SolidWorks；AutoCAD。

Table Tennis Ball Machine Design

Abstract:

Table tennis is a set of speed, endurance, reaction force and strength as one of the sport, but also a test of technical and tactical movement. Table tennis is not only suitable for the elderly is also suitable for the elderly children exercise, physical fitness do not ask. With the development of life science and technology, people's living standards improve, people pursue is also rising. In order to reach the majority of practitioners can learn tennis technique and fitness results, design a convenient and well-controlled device of Table Tennis Service.

This article reviews the common tennis ball on the type and advantages and disadvantages of. Learn of Table Tennis Service principles designed to serve a dual friction wheel rotation principle, capable of firing up and down spin and not spin; Using the principle of the screw and nut with its work to design the lifting device of Table Tennis Service. The use of gear drive engaging losing teeth on the tube plate design rocking device. It uses six received the ball slot blade wheels lose. Design and Analysis of Table Tennis the function structure. In this paper, three-dimensional design and functional design combined with SolidWorks software to draw table tennis ball machine components and assembly three-dimensional map. Engineering Drawing with AutoCAD.

This design I of Table Tennis Service structure is relatively simple, modest volume, disassembly is simple, easy to control, young and old are easily capable of firing different angle, speed and rotation of the ball.

Key words: three-dimensional structure design; functional design; SolidWorks; AutoCAD.

摘要 I

Abstract: II

1 引言 5

1．1 论文选题的根据和研究意义 5

1.2 常见的乒乓球发球器的种类 5

1.3 设计的主要内容 7

1.4 小结 7

2 乒乓球发球器的要求和准则 8

2.1 乒乓球发球器过程 8

2.2 乒乓球发球器的要求 8

2.3 整体方案 8

2.4 乒乓球发球器整体参数 9

2.5 小结 9

3 乒乓球发球器传动设计 10

3.1 乒乓球发球器原理 10

3.2 乒乓球发球器的升降装置和摇摆装置的设计 11

3.3 乒乓球发球器的电机选择 12

3.4 输球装置的设计 14

3.5 传动部分的设计 14

3.6 储球箱和拨球装置的设计 19

3.7小结 20

4 乒乓球发球器部分零部件三维设计 21

4.1 乒乓球发球器箱体的设计 21

4.2 机头管道设计和摩擦轮的选择 21

4.3 电机造型 22

4.4 底座板设计 22

4.5 小结 23

5 乒乓球发球器的装配设计 24

5.1 重点部分零部件的装配设计 24

5.2 输球装置电机与叶片轮装配 24

5.3. 乒乓球发球器发射装置的装配设计 25

5.4 升降装置的装配 27

5.5 拨球装置和储球箱的装配 28

5.6 摇摆装置的装配 29

5.7 各大部分的装配 30

5.8 本章小结 31

6 乒乓球发球器的使用注意事项和保养 32

7 总结 33

致谢 34

参考文献 35

1 引言

1．1 论文选题的根据和研究意义

乒乓球运动是无国界的运动，在乒乓球这个运动中，发球的好坏决定着输赢的一半。发球在乒乓球运动的各个技术中是不受对手限制，能够体现出自己的个性、进攻性和想象力等。在乒乓球比赛中，高质量的发球不仅能够直接得分，还能为进攻创造有利条件，并使对手产生较大的心理压力。随着乒乓球运动的不断发展，发球的种类越来越多，发球的好坏成了一个选手能否成功的首要因素之一。到21世纪乒乓球运动已经越来越为人们喜爱，为了推动乒乓球运动更好的融入社会，其中在2002年10月1日，将乒乓球发球改为了“无遮挡发球”，国际乒联提高了乒乓球比赛的观赏性，使比赛回合增加，促使世界乒乓球运动更好的向前发展，以求最大限度地降低发球者给对方造成的直接威胁，利用无遮挡发球降低接发球者的难度。为快速适应新规则的发球技术，探索新的发球技术，寻求更科学、有效的发球训练方法，以保持我国乒乓球运动在世界上的领先地位。

本课题设计的一种多功能的乒乓球发球器，主要利用机电相结合，这种发球器可以将发球速度控制在10m/s到20m/s，发射多角度、多速度的线路球或组合球，为更多的业余的爱好者或专业选手提供更多的选择。大大缩短使用者的掌握规范全面的技术的训练时间。

1.2 常见的乒乓球发球器的种类

1）无需电源类

大致分为三类主要有：桌上类、携带类、落地类的对打器，主要由特制板块、乒乓球的塑料胶套、支撑架构成。

桌上类和携带类板面都是8块方形未剪的胶套大小，红色为发胶，海绵厚度约为2.0mm，黑色的为粒胶（介于长胶与半长胶之间），海绵厚度大约为1.0mm。套胶性能同上。落地类的板面是16块方形未剪的胶套大小，胶套的性能和上述的一样。

为了打出不同的旋转的球，对打器的击球板面的角度可随意调节。落地类的对打器的体积最大，适用于对中远台发力技术的练习，比如连续发力拉球；桌上类的对打器体积最小而且只有一个桌上支架，适用于近台技术的练习，比如正反手攻球；携带类的体积比较小有且两个支架，一个是落地支架同落地类的支架，体积略小，一个是桌上支架和桌上类的支架一样。

对打器的结构接近真实的球拍，通过角度、距离的自由调节，可以的到真实性练习；对打器分两面套胶，两面的性能不同，使用者使用不同套胶训练，可以练习不同种类的打球技术。

缺点：结构虽然比价简单，但价格却不低，性价比也不高；相对与常规的发球机，对打器的原理比较单一而且单球训练，虽然利用提高连续性和协调性，但无法达到训练多种类的技术和动作。而常规的发球器立足点就是为了多球训练，接近与人对打，可以对动作进行训练，长期使用比较容易训练动作定型。。初学者使用对打器时，常常把注意力放在增加乒乓球的回击次数上，而忽略了动作的规范和准确性。对打器因为太多细节都可自由调节，而反弹力是有其规律（大于上限会出界，小于下限会下网），就造成了不能随意发力或减力就显的单一了。

全部文件.png

三维图1.png

摘要.png

装配图.gif

二维CAD图纸汇总.png

内容简介：: 本科学生毕业设计（论文）任务书系院机械与控制工程学院课题名称乒乓球发球器的结构设计专业方向化机械设计制造及其自动（机械装备设计与制造）班级学生姓名指导教师下发日期课题名称乒乓球发球器的结构设计主要内容包括设计参数与要求本次设计的主要内容是一种乒乓球发球器设计，具体内容包括以下5部分1了解乒乓球发球器原理及要求。2设计乒乓球发球器总体方案。3进行整体的设计。4对机械部分的设计、验算，给出零部件图和装配图。5编写毕业设计（论文）说明书。工作进程及工作量12周1资料检索、查询、收集及设计分析。2写出开题报告3000字以上。34周实习完成系统总体方案构思及设计。56周查阅相关软件资料并初步掌握78周完成主要机构的设计910周完成机构的三维设计1112周完成设计的其他部分1314周1书写说明书（10000字以上，中、外文摘要、目录、正文、参考文献，形式完整）。2修改错误。3完成所有设计成果4教师审查，提出修改意见15周修改、检查打印论文，准备答辩16周答辩。注学生于5月11前必须上交论文初稿的电子文档到指导老师处。应遵守的法规1遵守学校相关规定2严格按计划（工作进程）进行毕业设计工作。毕业设计论文完成日期2015年5月31日指导教师签字教研室主任签字本科毕业设计论文外文翻译（附外文原文）系院机械与控制工程学院课题名称乒乓球发球器的结构设计专业方向机械设计制造及其自动化（机械装备设计与制造）班级机械112学生蔡书斌指导教师张声岚日期2015年3月12日第29届中国控制会议论文集7月29日至31日，2010年，北京，中国基本姿势5自由度混合机械臂控制算法适合乒乓球机器人ZHENGKUIJING1,CUIPEI1,MAOHAIXIA21机械工程学院，燕山大学，秦皇岛，066004中华人民共和国电子邮件KJZHENGYSUEDUCN2E啊科学河北科技师范学院的学院，秦皇岛，邮编066004摘要发展和乒乓球机器人的组成进行了介绍。基于乒乓球，一种3RPURRP5自由度混合机械臂提出，它可以执行三个平移自由度和两个旋转自由度的运动特性。通过使用DH参数法和XYZ欧拉角，混合动力车机械臂的运动学逆溶液进行分析，球拍的姿势被方便地描述。姿态控制方程被推导，这可变换球拍构成在工作空间到关节空间的驱动轴的参数。通过ADAMS软件，将运动仿真被执行，从而有效地证明了理论分析。基本算法奠定了成功的5轴联动控制的乒乓球机器人的理论基础。关键词乒乓球机器人，自由的五度，混合机械手臂和姿态的反解1引言作为一个服务机器人，乒乓球机器人可用于不仅为专业运动员作为试马针对性的训练，而且在行使对业余运动员。因此，乒乓球机器人吸引了来自学术界和工业界国内外越来越多的关注。许多大学和公司都在打乒乓球的机器人了深入的研究，并开发了多种乒乓球的机器人在不同结构和类型的自1980年以来初步乒乓球机器人具有比服务多样化球的功力没有其他的话，机械臂进行开发反击即将到来的球。1983年，约翰比林斯利1从英国朴茨茅斯理工大学约占乒乓球机器人法规。罗素LANDERSSON2，宫崎文雄3等开发的乒乓球机器人一个接一个。建昌元4从西安理工大学，德许5从北京自动化研究所和魏巍6浙江大学还研究了乒乓球的机器人。的详细介绍可以在参考进行检查7。乒乓球机器人由机械系统，视觉系统和控制系统。作为手眼协调系统，三个子系统必须彼此协调。机械系统，类似于人类的手臂，直接进行打乒乓球的功能。视觉系统，类似于人的眼睛，监视乒乓球运动，并预测其运动轨迹。控制系统，类似于人类的大脑，控制所述机器人臂以敏捷摆动球拍根据移动轨迹乒乓去的规划位置和方向，并实现了精确的命中。A排序五自由度混合机械臂包括并行机制和串行机制提出，它可以执行三个平移自由度和两个旋转自由度。混合机械臂的运动学反解进行了深入分析。的位置和方向的控制方程推导。在前述的算法仿真，通过ADAMS软件的方式进行验证。该算法还规定，为人们控制机器人手臂的姿势的理论基础。2方案乒乓球机器人基于5自由度混合机械臂柔性双眼视乒乓球机器人的方案示于图1的混合式机器人臂装置串行机制连接到并行平台。它包括三个RPRU（回转棱柱回转通用型），四肢和RP（回转棱镜）肢。球拍安装在机器人臂的末端。在该并联机构中三个平移对和在串行机制两个旋转对被用作驱动轴达到5轴同步控制。球拍能够摆动到达需要的位置，方向和速度。两个2自由度摇篮头上面的机械臂安装和CCD照相机被安装在每个托架的头。两款相机都可以进行旋转2自由度，形成灵活的双眼视觉。图1乒乓球机器人计划乒乓球的机器人是一个手眼协调系统与快速的眼睛和灵巧的手。该机器人可以摆动它的球拍敏捷，灵活，精确打击乒乓球和避免现有的人类击球的正反手问题。3说明5自由度混合机械臂乒乓球具有速度快，各种坠落点，广泛和强烈的旋转等特点。因此，机械臂必须满足顺序执行这些要求，以适合打回乒乓球。一方面，它必须是多自由度来实现的各种位置和方向和摆动球拍去的规划点。另一方面，它需要有足够的工作空间到盖体内部并在表外部更大的面积和回击各个到来乒乓球。此外，速度快，精度高，还需要快速，准确地回击了乒乓球。基于上述分析，一种3RPURRP5自由度混合机械臂提出。如图2所示，混合机构由稳定的平台，移动平台，其与移动平台，旋转对和平移一对串联在移动平台和安装在端球拍连接稳定的平台四肢机器人手臂。其在特征在于在稳定的平台和移动平台都具有相同的连接3RPUR（旋转，平移万能旋转）驾驶的肢体。通过控制P对三个RPUR驱动四肢的位置和移动平台的取向的运动可以被改变以实现两维转动和一维平移。旋转一对R4与移动台连接的，使周围的移动平台的中心轴的摆动杆L4转动。在摆杆L4平移对P5使得沿摆杆轴方向的球拍P数据搬移。A）机器人臂模型B）该坐标机械臂系统图23RPURRP5自由度混合机械臂通用对和旋转对的轴的两个轴在一个点上相交的3RPUR并联机构，其等于球体对，即3RPS机构。3RPSBP混合机械臂自由度可以计算通过使用KUTZBACHGRUBLER的公式如下M610111175这样的3RPSBP混合机器人手臂的自由度是5。该混合机械臂结合高刚性，速度快，惯性小，误差小，高负荷和简单的敏捷和串行机制，宽大的空间足够并联机构的结构。的惯性和累积误差被降低。的刚性提高。的运动精度和运动速度提高。的位置和取向以及动态属性的敏捷性被有效地提高。该混合机械臂能够进行球拍的运动计划更迅速，敏捷，准确地在不同的速度，落点，角度和各种未来乒乓球的条款。4混合机械臂的运动学逆解41转发和RP肢体位置分析反解用DH法8，该坐标系上的旋转对R4，平移对P5，哪些是在移动的平台上链接的乒乓球拍分别成立。如图2B）的移动坐标系统B是基准坐标系中的0，坐标系4对应于R4，坐标系5对应于P5的坐标系统P对应的乒乓球拍。表1示出了相应的DH参数。Q4和D5的是变量，A1，A2，D1和D3的是常数。90度A190A2，D1LB4，D3L5P。LB4是坐标系统B和坐标系统P的原点的原点之间的距离。表1DHRP肢的参数根据表1中的参数，变换矩阵（_BP）的坐标系统P相对于坐标系统B的T被给出如下在公式（1），S是SIN，C是COS。从等式（1），相对于P的原点的位置，可以在B表示等式（2）是反相肢体的位置的正解，所以逆溶液给出如下423RPS肢体位置分析的反解如图2，3RPS并联机构的移动平台是正三角形S1S2S3。移动坐标系B是建立在移动平台上。产地OB位于动平台的几何中心。AXIS_XB恰逢载体OBS1。稳定的平台也是一个正三角形R1R2R3。稳定的坐标系A是建立在稳定的平台。产地OA位于稳定的平台的几何中心。AXIS_XA恰逢载体OAR1。相对于三个旋转对R1，R2和R3的三个轴是相切的稳定的平台的外接圆。外接圆半径为AR。的三个关节的R1，R2和R3可以在坐标系A中被表示为如下的位置正三角形S1S2S3的外接圆的半径为RB。三关节S1，S2和S3的位置可以被表示在坐标系统B如下然后变换B相对于A可以表示如下的矩阵在公式（4），OB原产地在A的位置。表示旋转矩阵和（A，B，G）为B相对于A的取向的欧拉角。关节的SI（1，2,3）的位置的坐标系A中可被表示为如下然后，在A的驱动轴的长度矢量可以举出从等式（6），所有的驱动轴的长度可以计算在3RPS并联机构三个约束方程给出9从等式（8），下面的方程可以给出从方程（9），在移动平台的位置和取向的6个参数，以及是独立的。一个，并且可以通过上述三个约束方程来解决。然后将三个驱动轴的长度可以表示为如下43姿态混合机械臂的逆解从等式（1）和（4），P相对于A的变换矩阵给出如下在公式（11），是相对于P的A原点OP的位置。它可以表示为如下在欧拉角表示的旋转矩阵为P相对于A。是P相对的欧拉角A的欧拉角。44姿势3RPSRP混合机械手臂的控制方程的球拍可以通过所描述的位置和方向表示的球拍中A的中央点的位置，并且表示相对于球拍的取向的方向角。通过使用方向余弦的ZP之间以及在三个坐标中A轴分别描述。从变换方程，规划的参数所构成的球拍，移动平台和（D5，Q4），反相肢的DH参数的姿势的参数由等式（12）中描述的。通过使用等式（12），的位置和移动平台的取向的数据可以根据相对于球拍的位置和方向的输入数据来计算。然后，利用位置反式（10），该规划姿势在工作空间的球拍可以被翻译成大约在关节空间的旋转轴的驱动轴和角度的长度。机器人手臂的运动控制可以通过等式（13）的方式来实现。机器人臂可以被控制以摆动其火箭到达规划姿势很快以便回击未来球准确。5仿真图3模拟的流程图3RPURRP5自由度混合机械臂可以在SOLIDWORKS中构建。然后，该实体模型是通过一种数据转换格式命名的PARASOLID导入ADAMS。现有在SOLIDWORKS中装配和约束关系成为UNVALID当他们在ADAMS。因此，有必要定义约束模型中的所有部分。首先，成立了工作状态。然后定义运动副的约束，包括固定对，对平移和旋转对。运动关系可以通过运动副装载驱动运动构造，其中四对平移一转动对1011。最后，仿真可以通过导入的驾驶数据来获得。的流程图被示出为图3是机器人手臂的结构参数如下RA300MM,RB220MM,LB4132M,L5P40MM是在驱动轴的初始参数如下L1L2L367972MM,Q40,D5500MM机器人手臂的规划动作如下（500，0，847，90，90，0）（0,400,1147,110，10875，2799O）（200，0，847，90，90，0）（0，400，1147,70，71253，2799）（500，0，847，90，90，0）表2姿势火箭数据表3机器人手臂的驾驶数据图4混合机械臂的运动模拟图通过使用所构成的机器人手臂的控制方程，所述规划的位置和方向的数据（参照表2）的火箭，可以计算以获取控制数据（参照表3）然后，控制数据可以在每个驱动轴被装载在ADMAS软件。和火箭的运动轨迹可以生产。如图4的模拟结果一致的规划轨迹。6结论3RPURRP5自由度混合机械臂可以执行三个平移自由度和两个旋转自由度。通过使用XYZ欧拉角表示了火箭的位置和取向，所述机器人的运动学逆溶液简明解决。关于火箭的姿态控制式成立。通过ADAMS软件，模拟执行，从而有效地证明了理论分析。基本算法将为5轴同步控制的乒乓球机器人的理论基础。参考1比林斯利J机器人乒乓C。在实用计算。马萨诸塞州麻省理工学院出版社，1983年。2罗素L安德森。的机器人乒乓播放器在实时控制实验。马萨诸塞州剑桥麻省理工学院出版社，1987年。3宫崎文雄弥雅志松和竹内正博。学习动态处理乒乓球机器人控制一个球和集会有一个人，先进的机器人控制。施普林格，2006年。4常健元。研究乒乓球机器人的手，杂志纺织科学与技术，2001，15（1）西北研究所4449。5郑涛张，许德和君宇智。研究和乒乓球机器人的最新发展。48814886第七届世界大会对智能控制与自动化，重庆，中国，2008年提起诉讼。6袁辉张，魏巍和丹宇。基于实时图像卡尔曼跟踪算法。浙江大学，2009年，43（9）1580至1584年。7郑窥镜，裴翠。审查关于促进机器人乒乓球。机床和液压，2009年，37（8）238241。8游轮熊，鼎汉恩和刘苍。机器人技术。中国机械工业出版社，1993年。9闫文丽，黄震。用奇异研究方法基于运动学及其应用实例。中国机械工程学报，2004，17（2）161165。10曾李刚。关于ADAMS引进和例子。北京国防工业出版社，2006。11广达朱佳顺世和广奇彩。3TPS混联机床基于ADAMS运动学和动力学仿真。东北大学学报，2007，41（12）3842。PROCEEDINGSOFTHE29THCHINESECONTROLCONFERENCEJULY2931,2010,BEIJING,CHINABASICPOSECONTROLALGORITHMOF5DOFHYBRIDROBOTICARMSUITABLEFORTABLETENNISROBOTZHENGKUIJING1,CUIPEI1,MAOHAIXIA21MECHANICALENGINEERINGCOLLEGE,YANSHANUNIVERSITY,QINHUANGDAO,066004,PRCHINAEMAILKJZHENGYSUEDUCN2EACOLLEGEOFHEBEINORMALUNIVERSITYOFSCIENCETECHNOLOGY,QINHUANGDAO,066004,PRCHINAABSTRACTTHEDEVELOPMENTANDTHECOMPOSITIONOFTABLETENNISROBOTAREINTRODUCEDBASEDONTHEMOVINGCHARACTERISTICOFTABLETENNIS,ASORTOF3RPURRP5DOFHYBRIDROBOTICARMISPUTFORWARD,WHICHCANPERFORMTHREETRANSLATIONALDOFSANDTWOROTATIONALDOFSBYUSINGDHPARAMETERMETHODANDXYZEULERANGLE,THEKINEMATICINVERSESOLUTIONOFTHEHYBRIDROBOTICARMISANALYZEDANDTHEPOSEOFTHERACKETISDESCRIBEDCONVENIENTLYTHEPOSECONTROLEQUATIONISDEDUCED,WHICHCANTRANSFORMTHERACKETPOSEINWORKINGSPACEINTOTHEPARAMETERSOFTHEDRIVINGAXISINJOINTSPACEBYUSINGADAMSSOFTWARE,THEMOTIONSIMULATIONISPERFORMEDSOASTOPROVETHETHEORETICALANALYSISEFFECTIVELYTHEBASICALGORITHMLAYSTHETHEORETICALFOUNDATIONFORTHESUCCESSFUL5AXISSIMULTANEOUSCONTROLOFTHETABLETENNISROBOTKEYWORDSTABLETENNISROBOT,FIVEDEGREESOFFREEDOM,HYBRIDROBOTICARMANDINVERSESOLUTIONOFPOSE1INTRODUCTIONASASERVICEROBOT,TABLETENNISROBOTCANBEUSEDNOTONLYINPERTINENTTRAININGFORPROFESSIONALATHLETESASATRIALHORSE,BUTALSOINEXERCISINGFORAMATEURATHLETESTHEREFORETABLETENNISROBOTATTRACTSINCREASINGCONCERNFROMACADEMICANDINDUSTRIALCOMMUNITYHOMEANDABROADMANYUNIVERSITIESANDCOMPANIESHAVERESEARCHEDDEEPLYINTABLETENNISROBOTANDDEVELOPEDAVARIETYOFTABLETENNISROBOTSINDIFFERENTSTRUCTUREANDTYPESINCE1980THEINITIALTABLETENNISROBOTSHADNOOTHERTHANTHESKILLOFSERVINGDIVERSEBALLS,THENTHEROBOTICARMWEREDEVELOPEDTOHITBACKTHECOMINGBALLSIN1983,JOHNBILLINGSLEY1FROMPORTSMOUTHPOLYTECHNICUNIVERSITYOFBRITAINCONSTITUTEDREGULATIONSABOUTTABLETENNISROBOTSRUSSELLANDERSSON2,FUMIOMIYAZAKI3ANDSOONDEVELOPEDTABLETENNISROBOTSONEBYONEJIANCHANGYUAN4FROMXIANPOLYTECHNICUNIVERSITY,DEXU5FROMBEIJINGRESEARCHINSTITUTEOFAUTOMATIONANDWEIWEI6FROMZHEJIANGUNIVERSITYHAVEALSORESEARCHEDONTABLETENNISROBOTTHEDETAILEDPRESENTATIONCANBECHECKEDINREFERENCE7TABLETENNISROBOTCONSISTSOFMECHANICALSYSTEM,VISIONSYSTEMANDCONTROLSYSTEMASAHANDEYECOORDINATINGSYSTEM,THETHREESUBSYSTEMSMUSTCOORDINATEWITHEACHOTHERMECHANICALSYSTEM,SIMILARTOHUMANARM,PERFORMSTHEFUNCTIONOFHITTINGTABLETENNISDIRECTLYVISIONSYSTEM,SIMILARTOHUMANEYE,MONITORSTHEMOVEMENTOFTHETABLETENNISANDPREDICTSITSMOVINGTRACKCONTROLSYSTEM,SIMILARTOHUMANBRAIN,CONTROLSTHEROBOTICARMTOSWINGTHERACKETAGILELYACCORDINGTOTHEMOVINGTRACKOFTHETABLETENNISTOGETTOTHEPLANNINGPOSITIONANDORIENTATIONANDREALIZETHEACCURATEHITASORTOF5DOFHYBRIDROBOTICARMINCLUDINGPARALLELMECHANISMANDSERIALMECHANISMISPUTFORWARD,WHICHCANPERFORMTHREETRANSLATIONALDOFSANDTWOROTATIONALDOFSTHEKINEMATICINVERSESOLUTIONOFTHEHYBRIDROBOTICARMISANALYZEDDEEPLYTHECONTROLEQUATIONSOFPOSITIONANDORIENTATIONAREDEDUCEDTHEFORENAMEDALGORITHMISSIMULATEDANDVERIFIEDBYMEANSOFADAMSSOFTWARETHEALGORITHMALSOLAYSTHETHEORETICALFOUNDATIONFORPEOPLETOCONTROLTHEPOSEOFTHEROBOTICARM2SCHEMEOFTABLETENNISROBOTTHESCHEMEOFTABLETENNISROBOTBASEDONA5DOFHYBRIDROBOTICARMWITHFLEXIBLEBINOCULARVISIONISSHOWNINFIGURE1THEHYBRIDROBOTICARMMEANSCONNECTINGTHESERIALMECHANISMONTOTHEPARALLELPLATFORMITINCLUDESTHREERPRUREVOLUTEPRISMATICREVOLUTEUNIVERSALLIMBSANDARPREVOLUTEPRISMATICLIMBTHERACKETISINSTALLEDATTHEENDOFTHEROBOTICARMTHREETRANSLATIONALPAIRSINTHEPARALLELMECHANISMANDTWOROTATIONALPAIRSINTHESERIALMECHANISMAREUSEDASDRIVINGAXESTOACHIEVE5AXISSIMULTANEOUSCONTROLTHERACKETCANBESWUNGTOGETTOTHEREQUIREDPOSITION,ORIENTATIONANDVELOCITYTWO2DOFCRADLEHEADSAREINSTALLEDEUDIPLEURALLYABOVETHEROBOTICARMANDACCDCAMERAISINSTALLEDINEACHCRADLEHEADEACHCAMERACANPERFORM2ROTATIONALDOFSTOFORMAGILEBINOCULARVISIONFIG1SCHEMEOFTABLETENNISROBOTTHETABLETENNISROBOTISAHANDEYECOORDINATINGSYSTEMWITHQUICKOFEYEANDDEFTOFHANDTHEROBOTCANSWINGITSRACKETAGILELYANDFLEXIBLYTOHITTABLETENNISPRECISELYANDAVOIDTHEFOREHANDANDBACKHANDPROBLEMSEXISTINGINHUMANHITTING3DESCRIPTIONOFTHE5DOFHYBRIDROBOTICARMTHETABLETENNISHASTHECHARACTERISTICSOFFASTSPEED,VARIOUSFALLINGPOINTS,WIDERANGEANDSTRONGSPINANDSOONTHEREFORE,THEROBOTICARMMUSTSATISFYTHESEREQUIREMENTSINORDERTOBESUITABLEFORHITTINGBACKTABLETENNISONTHEONEHAND,ITISREQUIREDTOBEMULTIDEGREESOFFREEDOMTOREALIZETHEVARIOUSPOSITIONANDORIENTATIONANDSWINGTHERACKETTOGETTOTHEPLANNINGPOINTONTHEOTHERHAND,ITISREQUIREDTOHAVEADEQUATEWORKSPACETOCOVERMOREAREAINSIDEANDOUTSIDETHETABLEANDHITBACKTHEVARIOUSCOMINGTABLETENNISINADDITION,FASTSPEEDANDHIGHPRECISIONAREALSOREQUIREDTOHITBACKTHETABLETENNISQUICKLYANDACCURATELYBASEDONTHEABOVEANALYSIS,ASORTOF3RPURRP5DOFHYBRIDROBOTICARMISPUTFORWARDASSHOWNINFIGURE2,THEHYBRIDMECHANISMCONSISTSOFTHESTABLEPLATFORM,THEMOVINGPLATFORM,THELIMBSWHICHCONNECTTHESTABLEPLATFORMWITHTHEMOVINGPLATFORM,THEROTATIONALPAIRANDTRANSLATIONALPAIRINSERIESWITHTHEMOVINGPLATFORMANDTHERACKETINSTALLEDATTHEENDOFROBOTICARMITSCHARACTERISTICLIESINTHESTABLEPLATFORMANDTHEMOVINGPLATFORMARECONNECTEDWITHTHESAMETHREERPURROTATIONALTRANSLATIONALUNIVERSALROTATIONALDRIVINGLIMBSBYCONTROLLINGTHEMOTIONOFPPAIROFTHETHREERPURDRIVINGLIMBS,THEPOSITIONANDORIENTATIONOFTHEMOVINGPLATFORMCANBECHANGEDTOREALIZETWODIMENSIONROTATIONANDONEDIMENSIONTRANSLATIONTHEROTATIONALPAIRR4LINKEDWITHTHEMOVINGPLATFORMMAKESTHESWINGRODL4ROTATEAROUNDTHECENTRALAXISOFTHEMOVINGPLATFORMTHETRANSLATIONALPAIRP5ONTHESWINGRODL4MAKESTHERACKETPMOVEALONGAXIALDIRECTIONOFTHESWINGRODAROBOTICARMMODELBTHECOORDINATESYSTEMSOFTHEROBOTICARMFIG23RPURRP5DOFHYBRIDROBOTICARMTHETWOAXESOFTHEUNIVERSALPAIRANDTHEAXISOFTHEROTATIONALPAIRINTERSECTATONEPOINTINTHE3RPURPARALLELMECHANISM,WHICHISEQUALTOASPHEREPAIR,NAMELY3RPSMECHANISMTHEDEGREESOFFREEDOMOFTHE3RPSRPHYBRIDROBOTICARMCANBECALCULATEDBYUSINGTHEFOLLOWINGEQUATIONOFKUTZBACHGRUBLERM610111175SOTHEDEGREESOFFREEDOMOFTHE3RPSRPHYBRIDROBOTICARMARE5THEHYBRIDROBOTICARMCOMBINESHIGHRIGIDITY,FASTSPEED,SMALLINERTIA,SMALLERROR,HIGHLOADANDSIMPLESTRUCTUREOFPARALLELMECHANISMWITHAGILITYANDLARGEWORKSPACEOFSERIALMECHANISMSUFFICIENTLYTHEINERTIAANDTHEACCUMULATIVEERRORAREREDUCEDTHERIGIDITYISENHANCEDTHEKINEMATICACCURACYANDTHEKINEMATICVELOCITYAREIMPROVEDTHEAGILITYOFTHEPOSITIONANDORIENTATIONANDDYNAMICPROPERTIESAREIMPROVEDEFFICIENTLYTHEHYBRIDROBOTICARMISABLETOCARRYOUTTHEPLANNINGMOVEMENTOFTHERACKETMOREQUICKLY,AGILELYANDACCURATELYINTERMSOFDIFFERENTSPEED,FALLINGPOINTS,ANGLESANDVARIETYOFTHECOMINGTABLETENNIS4KINEMATICINVERSESOLUTIONOFTHEHYBRIDROBOTICARM41FORWARDANDINVERSESOLUTIONOFPOSITIONANALYSISOFRPLIMBBYUSINGDHMETHOD8,THECOORDINATESYSTEMSAREESTABLISHEDRESPECTIVELYONROTATIONALPAIRR4,TRANSLATIONALPAIRP5ANDTHETABLETENNISRACKETWHICHARELINKEDINTHEMOVINGPLATFORMASSHOWNINFIGURE2BTHEMOVINGCOORDINATESYSTEMBISTHEBASICCOORDINATESYSTEM0,THECOORDINATESYSTEM4CORRESPONDSTOR4,THECOORDINATESYSTEM5CORRESPONDSTOP5,THECOORDINATESYSTEMPCORRESPONDSTOTABLETENNISRACKETTABLE1SHOWSTHECORRESPONDINGDHPARAMETERSQ4ANDD5AREVARIABLES,A1,A2,D1ANDD3ARECONSTANTS90OA1,90OA2,D1LB4,D3L5PLB4ISTHEDISTANCEBETWEENTHEORIGINOFTHECOORDINATESYSTEMBANDTHEORIGINOFTHECOORDINATESYSTEMPTAB1DHPARAMETERSOFRPLIMBACCORDINGTOTHEPARAMETERSINTABLE1,THETRANSFORMMATRIXOFTHECOORDINATESYSTEMPRELATIVETOTHECOORDINATESYSTEMBISGIVENASFOLLOWSINEQUATION1,SISSINANDCISCOSFROMEQUATION1,THEPOSITIONWITHRESPECTTOTHEORIGINOFPCANBEREPRESENTEDINBEQUATION2ISTHEFORWARDSOLUTIONOFTHEPOSITIONOFRPLIMB,SOTHEINVERSESOLUTIONISGIVENASFOLLOWS42INVERSESOLUTIONOFTHEPOSITIONANALYSISOF3RPSLIMBASSHOWNINFIGURE2,THEMOVINGPLATFORMOF3RPSPARALLELMECHANISMISAREGULARTRIANGLES1S2S3THEMOVINGCOORDINATESYSTEMBISESTABLISHEDONTHEMOVINGPLATFORMORIGINOBISLOCATEDINTHEGEOMETRICCENTREOFTHEMOVINGPLATFORMAXIS_XBCOINCIDESWITHVECTOROBS1THESTABLEPLATFORMISALSOAREGULARTRIANGLER1R2R3THESTABLECOORDINATESYSTEMAISESTABLISHEDONTHESTABLEPLATFORMORIGINOAISLOCATEDINTHEGEOMETRICCENTREOFTHESTABLEPLATFORMAXIS_XACOINCIDESWITHVECTOROAR1THETHREEAXESRELATIVETOTHETHREEROTATIONALPAIRSR1,R2ANDR3ARETANGENTTOTHECIRCUMCIRCLEOFTHESTABLEPLATFORMTHERADIUSOFTHECIRCUMCIRCLEISARTHEPOSITIONOFTHETHREEJOINTSR1,R2ANDR3CANBEREPRESENTEDINTHECOORDINATESYSTEMAASFOLLOWSTHERADIUSOFTHECIRCUMCIRCLEOFTHEREGULARTRIANGLES1S2S3ISRBTHEPOSITIONOFTHETHREEJOINTSS1,S2ANDS3CANBEREPRESENTEDINCOORDINATESYSTEMBASFOLLOWSTHENTHETRANSFORMMATRIXOFBRELATIVETOACANBEREPRESENTEDASFOLLOWSINEQUATION4,THEPOSITIONOFORIGINOBINAREPRESENTSTHEROTATIONMATRIXANDA,B,GISEULERANGLEOFORIENTATIONOFBRELATIVETOATHEPOSITIONOFJOINTSSII1,2,3INTHECOORDINATESYSTEMACANBEREPRESENTEDASFOLLOWSTHEN,THELENGTHVECTOROFTHEDRIVINGAXESINACANBEGIVENFROMEQUATION6,THELENGTHOFALLDRIVINGAXESCANBECALCULATEDTHREECONSTRAINTEQUATIONSIN3RPSPARALLELMECHANISMAREGIVEN9FROMEQUATION8,THEFOLLOWINGEQUATIONCANBEGIVENFROMEQUATION9,INTHESIXPARAMETERSOFTHEPOSITIONANDORIENTATIONOFTHEMOVINGPLATFORM,ANDAREINDEPENDENTA,ANDCANBESOLVEDBYTHETHREECONSTRAINTEQUATIONSABOVETHENTHELENGTHOFTHETHREEDRIVINGAXESCANBEREPRESENTEDASFOLLOWS43POSEINVERSESOLUTIONOFHYBRIDROBOTICARMFROMEQUATION1AND4,THETRANSFORMMATRIXOFPRELATIVETOAISGIVENASFOLLOWSINEQUATION11,ISTHEPOSITIONWITHRESPECTTOTHEORIGINOPOFPINAITCANBEREPRESENTEDASFOLLOWSISTHEROTATIONMATRIXREPRESENTEDINEULERANGLEANDISTHEEULERANGLEOFPRELATIVETOAISTHEEULERANGLEOFPRELATIVETOA44POSECONTROLEQUATIONOF3RPSRPHYBRIDROBOTICARMTHEPOSITIONANDORIENTATIONOFTHERACKETCANBEDESCRIBEDBYREPRESENTSTHEPOSITIONOFTHECENTRALPOINTOFTHERACKETINAANDREPRESENTSTHEDIRECTIONANGLEWITHRESPECTTOTHEORIENTATIONOFTHERACKETISDESCRIBEDBYUSINGTHEDIRECTIONCOSINEBETWEENAXIS_ZOFPANDTHETHREECOORDINATEAXESINARESPECTIVELYTHETRANSFORMEQUATIONSFROM,PARAMETERSOFTHEPLANNINGPOSEOFTHERACKETTO,PARAMETERSOFTHEPOSEOFTHEMOVINGPLATFORMANDD5,Q4,DHPARAMETERSOFRPLIMBAREDESCRIBEDBYEQUATION12BYUSINGEQUATION12,THEDATAOFPOSITIONANDORIENTATIONOFTHEMOVINGPLATFORMCANBECALCULATEDACCORDINGTOTHEINPUTDATAWITHRESPECTTOTHEPOSITIONANDORIENTATIONOFTHERACKETTHEN,MAKINGUSEOFINVERSEPOSITIONEQUATION10,THEPLANNINGPOSEOFTHERACKETINWORKSPACECANBETRANSLATEDINTOLENGTHSOFTHEDRIVINGAXESANDTHEANGLESABOUTTHEROTATIONAXESINJOINTSPACETHEMOTIONCONTROLOFTHEROBOTICARMCANBEIMPLEMENTEDBYMEANSOFEQUATION13THEROBOTICARMCANBECONTROLLEDTOSWINGITSROCKETTOGETTOTHEPLANNINGPOSEQUICKLYSOASTOHITBACKTHECOMINGBALLACCURATELY5SIMULATIONFIG3THEFLOWCHARTOFSIMULATIONTHE3RPURRP5DOFHYBRIDROBOTICARMCANBECONSTRUCTEDINSOLIDWORKSTHENTHEENTITYMODELISIMPORTEDINTOADAMSTHROUGHASORTOFDATACONVERSIONFORMATNAMEDPARASOLIDTHEASSEMBLAGEANDCONSTRAINTRELATIONSHIPEXISTINGINSOLIDWORKSBECOMEUNVALIDWHENTHEYAREINADAMSTHEREFORE,ITISNECESSARYTODEFINECONSTRAINTSFORALLTHEPARTSINTHEMODELFIRST,SETUPTHEWORKINGCONDITIONTHENDEFINEKINEMATICPAIRSCONSTRAINTS,INCLUDINGFIXEDPAIR,TRANSLATIONALPAIRANDROTATIONALPAIRTHEMOTIONRELATIONCANBECONSTRUCTEDTHROUGHLOADINGDRIVINGMOTIONONKINEMATICPAIRS,INCLUDINGFOURTRANSLATIONALPAIRSANDONEROTATIONALPAIR1011FINALLY,THESIMULATIONCANBEGAINEDTHROUGHIMPORTINGDRIVINGDATATHEFLOWCHARTISSHOWNASFIGURE3THESTRUCTURALPARAMETERSOFTHEROBOTICARMAREASFOLLOWSRA300MM,RB220MM,LB4132M,L5P40MMTHEINITIALPARAMETERSOFTHEDRIVINGAXESAREASFOLLOWSL1L2L367972MM,Q40,D5500MMTHEPLANNINGMOTIONOFTHEROBOTICARMISASFOLLOWS500,0,847,90,90,00,400,1147,110,10875,2799O200,0,847,90,90,00,400,1147,70,71253,2799500,0,847,90,90,0TAB2POSEDATAOFTHEROCKETTAB3DRIVINGDATAOFTHEROBOTICARMFIG4GRAPHOFMOTIONSIMULATIONOFTHEHYBRIDROBOTICARMBYUSINGPOSECONTROLEQUATIONOFTHEROBOTICARM,THEPLANNINGPOSITIONANDORIENTATIONDATAREFERTOTABLE2OFTHEROCKETCANBECALCULATEDTOACQUIRETHECONTROLDATAREFERTOTABLE3THENTHECONTROLDATACANBELOADEDINEACHDRIVINGAXISINADMASSOFTWAREANDTHEMOTIONTRACKOFTH

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