[发明专利]一种用于乒乓球机器人的乒乓球自旋角速度的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于乒乓球机器人的乒乓球飞行自旋角速度的计算，属于机器人技术领域。

背景技术

机器人进行快速击球作业时，需要针对事先难以预料的来球轨迹与环境因素进行瞬时交互。为了使机器人能完成有效的快速回球，使球越过球网装置，再触及对方台区，需要尽可能地快速、准确获取环境信息。在乒乓球作业过程中，中等飞行速度的球，从对手击球至球飞抵机器人能击球空间的时间约为0.5秒左右，而机器人手臂驱动球拍从静止加速到一定的速度，与球轨迹相交接触需要一定的时间，因此机器人必须尽可能早地检测到运动球的轨迹，尽早地对球将来的空中飞行、碰撞和反弹的轨迹进行预测，而不能等到球飞行至手臂的作业空间内再开始动作，这些是实现机器人有效回球的必要前提和基础。

对于乒乓球轨迹的预测，乒乓球的旋转测量是一个比较重要并且比较难的问题。在现有的测量方法中，精确度高的方法是通过在乒乓球上画网格，然后用高速摄像机采集乒乓球在飞行中的网格速度的变化，通过对所采集的数据进行处理得到乒乓球的旋转速度。这种方法虽然精度较高，但是不具有实时性，不能满足乒乓球机器人对于乒乓球轨迹快速识别的需求。因而，现有的乒乓球机器人在进行打乒乓球作业时，无法处理旋转中的乒乓球。不考虑接发弧旋球。如果对方打弧旋球，通常采用光木板球拍，对旋转球不敏感。

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，该方法能够通过预测乒乓球落点位置及乒乓球落点速度来计算机器人击球姿态，使机器人实现击打乒乓球。并不考虑到乒乓球的旋转问题。

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，该方法可以测量并能够实时的在显示屏上回放乒乓球的轨迹，该方法只是实时的测量乒乓球的运行轨迹，也没有给出乒乓球飞行中旋转速度的相关参数。

本专利提出的飞行中的乒乓球自旋角速的检测方法，可以通过机器人的视觉捕捉系统来获得乒乓球飞行的轨迹，建立乒乓球飞行的动力学模型，并利用该模型分析乒乓球飞行的轨迹，进而机算出乒乓球在飞行中的自旋角速度，使预测出乒乓球的轨迹更加精确，从而使得乒乓球机器人快速击球的成功率大大的提高。

发明内容

本发明提出了一种用于测量飞行中的对象的自旋角速度的方法，为乒乓球机器人进行打乒乓球作业提供更加精确的乒乓球轨迹预测，使乒乓球机器人提高快速击球的成功率。所述的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种自旋角速度的测量方法，包括：

（1）获取一系列的被测量对象在绝对坐标系中的四维坐标，包括3个方向的位置信息和一个时间信息；

（2）利用所获取的数据得到所述对象飞行的速度，并用最小二乘法拟合所述对象沿3个方向飞行轨迹的3次多项式；

（3）从上一步骤得到的3次多项式和速度信息，得到所述对象的加速度分量；

（4）对加速度方程式两边求导，并联合速度方程的行列式得到所述对象的自旋角速度ω_x,ω_y,ω_z。

另一方面，本发明提供了一种自旋角速度的测量装置，包括：

视觉捕捉系统，能够获取一系列的被测量对象在绝对坐标系中的四维坐标，包括3个方向的位置信息和一个时间信息；

视觉处理系统，能够利用所获取的数据得到所述对象飞行的速度，并用最小二乘法拟合所述对象沿3个方向飞行轨迹的3次多项式；

所述视觉处理系统还能够利用得到的3次多项式和速度信息，得到所述对象的加速度分量；以及

对加速度方程式两边求导，并联合速度方程的行列式得到所述对象的自旋角速度ω_x,ω_y,ω_z。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

通过视觉捕捉系统得到的乒乓球飞行的轨迹，对该轨迹的简单分析，即可以有效地预测出乒乓球飞行的自旋角速度，可以实时的为机器人提供乒乓球轨迹数据，是机器人更加顺利的完成打乒乓球的作业。

附图说明

图1是本专利所提出的计算运行中乒乓球轨迹的方法流程图。

图2是本专利所用到的乒乓球台的详细参数以及模型的坐标系的建立位置的示意图。

图3是本发明所用到的乒乓球机器人进行乒乓球作业时的系统示意图。

图4是本发明所用到的乒乓球机器人的视觉识别系统的示意图。

图5是本发明施例中机器人完成击打乒乓球作业的系统流程图。