在智能機(jī)器應(yīng)用迅速增長(zhǎng)的推動(dòng)下，新一代機(jī)器人研究設(shè)計(jì)備受關(guān)注。如何實(shí)現(xiàn)快速識(shí)別定位、自動(dòng)路徑規(guī)劃、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡分析預(yù)判等，成為智能機(jī)器人研究的一大難題，尤其是對(duì)一些快速、精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)分析過程。本期應(yīng)用探析針對(duì)千眼狼高速攝像機(jī)與運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)在乒乓球智能機(jī)器人研發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開討論。
上海理工大學(xué)機(jī)器智能研究院季云峰教授團(tuán)隊(duì)，研究了一款會(huì)打乒乓球的機(jī)器人——“小丘”。近期“小丘”完成6,241次對(duì)打并獲得吉尼斯認(rèn)證榮譽(yù)，并且研究成果發(fā)表在2021年機(jī)器人頂級(jí)會(huì)議IROS上，獲得業(yè)界認(rèn)可。
“小丘”是由視覺系統(tǒng)、算法預(yù)測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾個(gè)部分構(gòu)成，在實(shí)戰(zhàn)中需要在0.3-0.5秒間，完成識(shí)別、預(yù)測(cè)、控制、擊球。最大的挑戰(zhàn)在于視覺算法的創(chuàng)新、預(yù)測(cè)、模型的優(yōu)化和控制。“小丘”的視覺系統(tǒng)運(yùn)用了千眼狼高速攝像機(jī)和運(yùn)動(dòng)分析軟件，用于捕捉收集乒乓球運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并將其提交給控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合運(yùn)算，判斷乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡并建模，繼而輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，“小丘”根據(jù)運(yùn)算結(jié)果以合適的速度和加速度在某一時(shí)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)擊球。
為了精準(zhǔn)捕捉乒乓球的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，季教授團(tuán)隊(duì)為“小丘”配備了6臺(tái)相機(jī)。2臺(tái)相機(jī)用于識(shí)別乒乓球的空間坐標(biāo)，以每秒250幀的速率，在一毫秒內(nèi)判斷出乒乓球的空間坐標(biāo)；2臺(tái)相機(jī)會(huì)根據(jù)人的動(dòng)作來判斷乒乓球的旋轉(zhuǎn)類型和粗略落點(diǎn)；2臺(tái)相機(jī)以3000幀每秒的速率捕捉乒乓球旋轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。
6臺(tái)相機(jī)配合輸出數(shù)據(jù)，需要同時(shí)觸發(fā)，這考驗(yàn)了整套視覺系統(tǒng)的兼容。千眼狼高速攝像機(jī)設(shè)計(jì)了多臺(tái)設(shè)備同時(shí)觸發(fā)功能，可在運(yùn)動(dòng)過程中通過某一時(shí)間幀畫面進(jìn)行自動(dòng)觸發(fā)，讓多臺(tái)設(shè)備同時(shí)拍攝，并將數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)建立預(yù)測(cè)模型。
季云峰教授團(tuán)隊(duì)基于“小丘”機(jī)器人的核心技術(shù)做了應(yīng)用上的延展，研發(fā)了四足式、滾動(dòng)式、履帶式的智能小車。其中，輪足式小車已被實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于快遞場(chǎng)景，在疫情情況下，可代替人力實(shí)現(xiàn)爬樓送件。
對(duì)于仿生智能機(jī)器人研究，通過高速攝像機(jī)與運(yùn)動(dòng)分析軟件能讓科研人員發(fā)現(xiàn)更多適用于仿生領(lǐng)域研發(fā)應(yīng)用的生物規(guī)律，探索更多有利于機(jī)器人開發(fā)的新技術(shù)。（原文來自上海理工大學(xué)季云峰教授團(tuán)隊(duì)）
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