乒乓球机器人
能够和人类打兵乓球的机器人
乒乓球机器人是能够和人进行乒乓球连续对打的机器人,拥有极其灵活的手臂、眼睛和智能化的球网。它利用人工智能技术和视觉识别,以及传感技术等,可以在1/1000秒内控制击球时机与方向,通过预测乒乓球的运动轨迹计算出球拍应该以何种角度,在哪个点回击。
2011年和2012年,中国和德国的科学家分别宣布研制成功这种具备快速反应动作的机器人。2021年9月20日,由季云峰(中国)和USST-IMI、UHH-TAMS和上海乒乓动量机器人有限公司开发的“球”机器人在中国上海实现了连续最多的乒乓球机器人反击次数6241次。2022年10月19日,谷歌公布其研究的“乒乓球机器人”项目,在与人类对打时一回合可接球340次。2023年7月,第31届世界大学生夏季运动会开幕,作为“陪练员”的乒乓球机器人,成为比赛场馆的一大看点。
历史沿革
2011年和2012年,中国和德国的科学家分别宣布研制成功这种具备快速反应动作的机器人。
乒乓球机器人软硬件协同系统在2015、2016年之后对“人体姿态”的研究逐步兴起,这也需要大量的数据支持;最后是决策,比如说怎么发球,这就是“模拟学习”,需要大量人的行为序列,并且要将有效因子提取出来,很热门的“对抗学习”,策略就是让使用者输得最多,再通过因果学习去分析失败的原因。
2021年9月20日,由季云峰(中国)和USST-IMI、UHH-TAMS和上海乒乓动量机器人有限公司开发的“球”机器人在中国上海实现了连续最多的乒乓球机器人反击次数6241次。
2022年10月19日,谷歌公布其研究的“乒乓球机器人”项目,在与人类对打时一回合可接球340次。
2023年7月18日,第31届世界大学生夏季运动会开幕在即,成都高新体育中心作为该届世界大学生运动会的比赛场馆之一,承担乒乓球比赛项目。作为“陪练员”的乒乓球机器人,成为比赛场馆的一大看点。同年11月,第六届中国国际进口博览会,在技术装备展区的欧姆龙展台,参观者正在与全球首秀的第八代FORPHEUS乒乓球教练机器人对决。
中国制造
机器人“悟”和“空”
机械性能
中国制造的乒乓球机器人“悟”和"空”身高1.60米,重55公斤,眼睛部分是摄像头,用来捕捉球的速度和位置,手臂则根据计算机运算做出挥拍回球动作。发球的那个手臂有3个抓握手指,全身拥有30个可以各司其职、自由活动的关节,仅手臂就能做7个自由度的运动。
击球过程
乒乓球从球桌的这头到那头,时间不到一秒,要成功回球运动员凭的是经验和直觉,而“悟”和“空”靠的却是一套复杂的识别系统、定位系统、计算系统和控制系统。
在击球过程中,运动员凭借的是经验和直觉,“悟”和“空”靠的是一套复杂的识别系统、定位系统、计算系统和统计系统。
运用图像
乒乓球世界冠军王励勤在论坛上表示,在训练时,运用图像技术能够提升运动员动作的规范性,同时计算机分析系统可对双方的比赛数据进行分析,这种分析使得教练和队员都能更加直观清晰地了解技术、战术的使用情况,并且能够准确掌握对方运动员的优缺点,对提升运动员的竞技能力帮助很大。
协同系统
“其实这是一项软硬件协同系统。”卢策吾解释。该系统有三个层面:首先是操作执行层面,需要机器人具备灵敏的执行、传感、控制能力,是经过多年技术积累才能达成的;其次是视觉感知,2015、2016年之后对“人体姿态”的研究逐步兴起,这也需要大量的数据支持;最后是决策,比如说怎么发球,这就是“模拟学习”,需要大量人的行为序列,并且要将有效因子提取出来。很热门的“对抗学习”,策略就是让使用者输得最多,再通过因果学习去分析失败的原因。
机器人庞伯特
自主知识产权
新松智能乒乓球陪练机器人庞伯特,由中科新松有限公司与上海体育学院中国乒乓球学院共同合作研发,是中国首台具有自主知识产权并产品化的乒乓球机器人。庞伯特搭载了人工智能算法平台,能够基于海量轨迹数据进行深度学习,在实时对打中,通过前半部分的乒乓球轨迹精准实时预测出落点位置,并进行迅速挥拍回击。它还能通过搜集对打数据,快速学习对方的击球路线,利用人工智能算法形成回球策略,战术十分灵活。
双目立体视觉系统
庞伯特的“视力”来自高速双目立体视觉系统,它能捕获、记录高速运动的乒乓球轨迹,并通过轨迹预测算法推测来球未来走向,反应速度达到毫秒级。
中国乒乓球学院副院长陈彬(原国家乒乓球女队教练员、丁宁主管教练)介绍,乒乓球的精髓是旋转,人只能通过感觉判断来球,而未来的机器人可以通过精确的旋转、速度等数据对来球进行评判,以理性进行应对。
发展历程
在2017年,第一代庞伯特乒乓球机器人就斩获了工博会创新银奖、上海市人工智能第一批创新产品等奖项。它与丁宁对战的视频在网上迅速大火。
2018年,第二代庞伯特乒乓球机器人在世界人工智能大会上亮相。第二代庞伯特球速提升了4倍,机械臂活动范围扩大至全台,算法上运用了深度学习和强化学习模型,更加先进。
2018年年底,庞伯特还与邓亚萍一起登上中国中央电视台中央电视台综合频道机智过人第一季》节目,对邓亚萍的高速球、弧圈球都能迅速应对。
德国制造
FORPHEUS
第一代
欧姆龙的FORPHEUS作为首个被吉尼斯纪录认定为“全球首台乒乓球教练机器人(First robot table tennis tutor)”,诞生于2013年。通过集结欧姆龙的传感与控制技术,FORPHEUS在各大展会上都显示了它精湛的乒乓球技术。FORPHEUS为世人展现了一个以机械激发人类能力、实现人机“融合”的世界。人们可以通过乒乓球对打来体验欧姆龙所谋求建立的人与机械的未来。
第二代
FORPHEUS在安装有两台摄像头之下,FORPHEUS可以在1/1,000秒内控制击球的时机与方向,通过预测乒乓球的运动轨迹,包括:球速、旋转速度、旋转方向等几个数据,从而计算出自己应该让球拍以什么角度在哪个点回击,误差仅几厘米。
FORPHEUS是一款能够让人们在享受连续对打的乐趣的同时,提高乒乓球技巧的机器人。
第三代
第三代FORPHEUS除了原有的可根据球手发球的轨迹和强度来控制回球的功能之外,还借助AI(人工智能)技术掌握了新的绝技,实现了“机械与人类的共同成长”。它可以在记住球手的特征和球的轨迹的基础上,通过连续对打来提高球手的水平。它还可以通过对打实现人与机械“融合度”的可视化,从而激发球手的斗志,进一步促进人的成长。
第四代
欧姆龙全新第四代乒乓球机器人,能够和人进行乒乓球连续对打,拥有极其灵活的手臂、眼睛和智能化的球网。它利用人工智能技术和视觉识别,以及传感技术等,可以在1/1000秒内控制击球时机与方向,通过预测乒乓球的运动轨迹计算出球拍应该以何种角度,在哪个点回击。
应用场景
乒乓球机器人在担任运动员“陪练员”的同时,也能满足市民的休闲乒乓球体验。运动员可以实时查看训练数据,高效精准调整训练内容。同时,乒乓球机器人可以设置“专业”“挑战”“娱乐”等不同模式,其中,“娱乐”模式的难度相对较低,让普通乒乓球爱好者也可以和它“过招”。
目录
概述
历史沿革
中国制造
机器人“悟”和“空”
机械性能
击球过程
运用图像
协同系统
机器人庞伯特
自主知识产权
双目立体视觉系统
发展历程
德国制造
FORPHEUS
第一代
第二代
第三代
第四代
应用场景
参考资料