[发明专利]一种获取乒乓球机器人球拍击球姿态和击球速度的方法

摘要

本发明是一种获取乒乓球机器人球拍击球姿态和击球速度的方法，建立了乒乓球飞行的解析模型，利用该模型根据期望的回球落点和预测的击打点位置，结合期望的回球落点速度，计算出机器人球拍击球后的出球速度。根据球拍击球前后的乒乓球速度，结合球拍的反弹模型和乒乓球机器人的运动学模型，推导出一组含有球拍击球姿态和球拍击球速度的非线性方程。利用公知的优化方法求解非线性方程组，计算出机器人球拍的击球姿态和击球速度。

主权项

一种获取乒乓球机器人球拍击球姿态和击球速度的方法，其特征在于，利用视觉单元、控制装置中的控制PC机期望落点计算单元、预测击打点单元、击打点出球速度计算单元和非线性模型实现所述方法的具体步骤包括：步骤S1：由视觉单元采集乒乓球初始飞行时的一小段运动轨迹，建立乒乓球飞行解析模型，设定乒乓球落点位置及乒乓球落点速度；步骤S2：预测击打点单元利用飞行解析模型、视觉单元输出的乒乓球的运动轨迹数据计算出乒乓球来球速度Vin、乒乓球的击打位置和击球剩余时间；步骤S3：击打点出球速度计算单元利用飞行解析模型、预测击打点单元输出击打乒乓球的位置信息和击球剩余时间、期望落点计算单元期望输出的乒乓球落点位置、期望乒乓球落点速度计算并生成击打点处的期望出球速度V1；步骤S4：利用机器人运动学方程、乒乓球球拍反弹模型、击打点处的出球速度及乒乓球来球速度，建立包含乒乓球机器人球拍击球姿态和击球速度参数的非线性模型为：T‑1(V1‑Vh)＝KT‑1(Vin‑Vh)+B，式中：T为已知的乒乓球机器人从世界坐标系到球拍坐标系的变换矩阵，V1为乒乓球在击打点处的期望出球速度，Vh为球拍击球速度，Vin为乒乓球在击打点处的来球速度，K是球拍速度反弹模型的比例系数矩阵，B是球拍速度反弹模型的偏移系数矩阵；K、B为常数由实验确定；步骤S5：设定非线性模型中球拍击球速度Vh在Xw和Zw方向的速度分量为零，利用已知乒乓球在击打点处的出球速度V1、乒乓球在击打点处的来球速度Vin、常数K和B及L‑M优化方法求解非线性方程组，计算得到余下的球拍姿态参数θ1和θ2和球拍击球速度在Yw方向上的速度分量，得到机器人球拍击球姿态和击球速度；利用多项式插值规划方法对机器人关节进行运动规划，控制球拍在击球时刻以击球速度到达击球位置，并且使机器人球拍调整到击球姿态完成击球，实现对乒乓球的落点位置和落点速度控制。