[发明专利]一种用于乒乓球机器人预测乒乓球轨迹的方法和装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种用于乒乓球机器人预测乒乓球轨迹的方法，属于机器人技术领域。 

背景技术

在不久的将来，机器人将逐步走入人类的日常生活，适应人类生活环境与人类友好共处，成为人类不可或缺的亲密朋友和帮手，其相关产业将出现爆发性增长。机器人能够在各种场合辅助人类完成复杂的、重复的工作。为了使机器人更好的适应环境，基于机器人快速、持续、灵巧作业的研究成为智能机器人领域的热点。 

机器人击打乒乓球，是机器人快速、连续、灵巧作业的典型例子。在对打乒乓球的过程中，乒乓球每次的飞行轨迹都不一样，要实现机器人实时击打乒乓球，首先，必须像人类一样事先对乒乓球的飞行轨迹进行预测,然后决策出最佳击球位置，最后驱动身体快速完成相应的击球动作。击打乒乓球的整个过程只有几百毫秒，为了实现准确击打乒乓球，对乒乓球飞行轨迹的快速预测是至关重要的一步。如果不使用轨迹预测或者预测时间太短，乒乓球机器人将会由于决策的滞后和驱动的限制不能及时做出相关反应，最终不能实现实时击球。同时，如果预测误差过大，乒乓球机器人击球效果将会不理想，甚至不能够准确击球。基于仿生原理，乒乓球飞行轨迹的预测包括乒乓球初始飞行位置的检测和后续轨迹的预测。 

目前，绝大多数乒乓球机器人实现击打乒乓球采用的就是仿人的双目立体视觉，通过两台相机快速识别乒乓球并计算出乒乓球的三维坐标。接着，根据空气动力学和碰撞分析对乒乓球空中飞行轨迹进行数学建模，并通过视觉系统快速连续采集的若干个乒乓球空中飞行位置，对乒乓球的飞行轨迹进行预测，得到乒乓球到达固定击球平面时乒乓球的位置、速度和时间信息。最后，机器人利用接收到的击球信息，对手臂击球轨迹进行快速实时规划，实现击打乒乓球。 

现有专利201110136109.4提供了一种获取乒乓球机器人球拍击球姿态和击球速度的方法，该方法就是通过视觉系统来获取球拍击球的速度和姿态，以实现机器人击打乒乓球作业。现有专利200910095291.6公开了一种精确测量和预测乒乓球轨迹系统与系统运行方法，该系统的关键组成部分就是视觉系统，它的一个重要的用途就是提供乒乓球当前的实时信息给上层自动化系统，即实现机器人击打乒乓球。 

现有台湾专利TWM427178U1提供了一种智慧型桌球对打装置，该装置是一个利用视觉系统检测球员击球球路，进行自主运算，发出各种轨迹变化的球；现有日本专利JP2008036383 公开了一种机械手臂型的乒乓球对战机器人，该发明采用的是视觉系统实现机器人击球。 

以上方法虽然采用仿人的双目立体视觉能够使机器人实现击打乒乓球，但是机器视觉在环境识别和适应与人类眼睛的差距还很大。当前，采用视觉系统预测飞行轨迹存在很多的局限性，具体表现如下： 

1.由于视觉采用的是单一颜色的边缘识别，机器人击打的乒乓球只能使用特定纯颜色的球，而市面上存在多种颜色的乒乓球，极大地限制了适用范围。 

2.视觉系统对环境要求特别的苛刻，环境中光线的强弱和颜色的变化（特别是与乒乓球同色的物体）都会对视觉的识别造成干扰，换句话说就是环境适应能力和抗干扰能力很差。 

3.视觉系统在使用前一般需要进行标定，而这个过程比较的复杂。同时，双目立体视觉对两个相机的相对位置要求比较严格。 

4.为了实现机器人击打乒乓球，视觉系统对精度和灵敏度等要求比较高，需要使用专业的相机，成本也就相应的比较高。 

为了避免视觉系统的以上诸多不足，提高乒乓球机器人击打乒乓球的环境适应性和实用性。亟需寻找另一种新的检测方法，现有专利200620001453.7公开了一种人工智能监测乒乓球台，该装置使用激光发射管和激光接收管对擦边球进行辅助检测,但该方法仅局限应用于乒乓球台的边线位置的二值测量。 

发明内容

为了实现乒乓球机器人击打乒乓球，并提高乒乓球机器人击打乒乓球的环境适应性、抗干扰能力和实用性。本发明的目的在于提供一种用于乒乓球机器人预测乒乓球轨迹的方法，实时预测乒乓球的飞行轨迹，并对轨迹进行分析，做出决策。最后将决策信息发送给乒乓球机器人实现击球动作。本发明的技术方案如下： 

一种用于乒乓球机器人的预测乒乓球轨迹的方法，所述方法包括： 

通过检测装置得到乒乓球在飞行轨迹初始阶段的若干个点的时间和位置信息； 

实时预测乒乓球飞行轨迹并作出相关决策，发送给乒乓球机器人； 

实时在线规划所述乒乓机器人的全身运动，实现击球动作。 

一种乒乓球机器人系统，包括： 

乒乓球机器人；