进博会上 ， 和人对打乒乓球的“机械手臂” ， 想必大家都很熟悉了 。 而最近 ， 上海理工大学机器智能研究院一举登上了央视“新闻联播” ， 其研发的智能乒乓球机器人项目也一下“火”了起来！
正在不断完善研发中的智能乒乓球机器人——“小丘” ， 令人充满期待 。 这一项目是在德国汉堡科学院张建伟院士的指导下 ， 由机器智能研究院小丘项目负责人季云峰老师带领4名本科生团队用了不到一年时间研制出来 。
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“小丘”是一款以辅助康疗为主、娱乐训练为辅的机器人 。 别看它只是一个机械手臂 ， 它可是“眼观六路”“耳听八方” ， 能判别对手的乒乓球落点、球速等 ， 然后精准“还击” 。 同时 ， 还能结合姿态识别技术 ， 更好地判断人体打球的姿态及动作 ， 从而更好的实现对乒乓球运动轨迹的预测 。 另一方面 ， 通过手环等穿戴式设备实时监测身体各项技能 ， 结合对康复患者私人制定的“运动处方” 。
乒乓球机器人实现人机对打看似简单 ， 但实际设计时需要突破重重关卡 。 众所周知 ， 乒乓球的球速很快 ， 一个回合只有0.5秒的时间 ， 而智能乒乓球机器人“小丘”需要在这短暂的0.5秒之内进行识别 ， 还要对球的速度、高度和落点进行预测 。 怎么识别？采访人员在上海理工大学机器智能研究院的实验室里看到 ， 在乒乓球桌的上方 ， 有两台高速摄像机 ， 这主要是为了识别球速、球的运动轨迹等等；而另外两台高速摄像机 ， 则设置在机器人“小丘”的上方 ， 这主要是录取对手的动作 ， 使“小丘”的大脑根据动作的识别判断出是下旋球、上旋球、超高球 ， 还是削球等等 。 一般来说 ， 传统的图像处理方式 ， 对每帧图片的识别耗时高达12毫秒；而这一创新高速双目识别系统 ， 依靠更快速的视觉系统高速检测 ， 耗时降低到不足1毫秒 。 借助快速的视觉系统高速检测 ， 跟踪乒乓球的球速 ， 基于物理模型对落点、高度、角度的精准预测 ， 从而使“小丘”计算出最优的回球路径和动作 。
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更令人感到惊喜的是 ， “小丘”的活动范围十分广 。 通过二维滑轨 ， 使用轻量化高度拟人机械臂 ， “小丘”的活动范围不再仅仅局限于乒乓球台面的某一块核心区域 ， 而是可以在整个乒乓球台面上自由移动 ， 灵活击球 。 预测出乒乓球的球速、角度后 ， “小丘”还要计算出机械手臂每个关节的旋转角度 ， 用最短时间、最短路径把球打回去 。 季云峰老师告诉采访人员 ， “小丘”采用轨迹规划算法和快速扩展随机树算法等 ， 使得机械臂能够柔顺动作的同时 ， 还可以进行最优路径规划 ， 自动避障、拟人化等更为复杂的智能动作 。 采访人员现场体验了一下 ， 时而刻意把球打到乒乓球桌的角落 ， 或是吊球至近网处 ， 但是“小丘”都不慌不忙地精准接球 ， 时而跑到近网处用正手击球 ， 时而又迅速退回后台用反手挡球 。
而这并不是终极梦想 ， 结合双足机器人“小贝” ， 设计出世界上第一台能双足行走、陪练打乒乓的机器人 ， 是这一研发团队一直努力的方向 。 上海理工大学机器智能研究院自主研发双足机器人“小贝” ， 是当今唯一能同时满足平衡、高效、智能、安全、经济等产业化条件的全尺寸双足人形机器人 。 2015年 ， 研发团队研制的“行者一号”机器人以0.8度电 ， 连续行走134千米、54小时的成绩打破了吉尼斯世界纪录 ， 至今无人超越 。 “行者一号”曾被美国Discovery评为“十大科技纪录突破”之首 ， 被CCTV评为“人类历史上首个续航能力突破百公里的足式机器人” 。 眼下的关键 ， 是如何将人形机器人“小贝”既能平稳地双足行走 ， 又能灵活地在乒乓球台前打球、陪练 。
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