“啪”地一下,球从底座弹起,机械臂挥拍、精准回球,一个旋转落袋的弧线不到一秒钟完成——这台由武汉体育学院季云峰教授主持研发的乒乓球机器人,已能在高速对抗中表现得游刃有余。季云峰出生于1990年,曾为乒乓球一级运动员,6岁开始握拍、10岁进体校,12岁因成绩停赛后转入学术道路,最终读到博士。他一直想把儿时的竞技梦以另一种方式实现:“发明一台能上领奖台的乒乓机器人”。
这台机器人由三部分构成:高速双目摄像头负责“看球”,能毫秒级捕捉球的速度、旋转和轨迹;“手”是一个4自由度机械臂配合二维滑轨,能应对上旋、下旋、正手、反手、拉弧圈与搓球等多样技术动作;“脑”是一套团队自研的强化学习算法,能在大量对打中自我优化。研发之路始于用手机录像和自写图像处理程序让计算机“看见”球,随着读硕时获得200帧高速相机、算法从二维扩展到三维,到博士阶段与国乒名帅施之皓和德国汉堡大学合作实现整机一体化,团队逐步攻克了多项关键技术难题。
其中对旋转的精确测算是重大突破:通过反复调整摄像布局、采集上亿帧球体动态影像并建立模型,团队最终实现仅凭极少帧图像就能准确计算球体转速,打破了行业瓶颈。硬件方面,市场上缺少适配高速对抗的专用滑轨、轻量化机械臂与微型伺服,团队联合多家供应商反复调校尺寸、重量和响应,加之坚持轻量化与民用化设计,把整机成本压低,朝可量产、商业化方向推进。 龙8头号玩家国际
成果也已落地:2021年9月,季云峰与自研机器人连续对打近两小时,达成6241次零失误连续对打,创造人机对战纪录。这台设备已进驻全国数十家科技馆、青少年宫和体育院校。运动员体验反馈显示,机器人进步显著:校内专项生江晟龙表示,机器人最初回球较单一、难以应对强攻,而现在不仅能接快球,还会拉弧圈和搓球,若稍有分心就可能被压制。合肥科技馆展示时可把速度调至每秒1–2米供市民体验,专业模式下能应对对方来球速度达30米/秒、转速约170转/秒的高速攻防。
多位顶级选手也前来试机,名将邓亚萍用快攻、弧圈和下旋等多种技战术检验后,肯定了机器人的稳定性与适应学习能力,认为它有望弥补基层教练资源不足、降低大众参与和训练门槛。与国外一些高成本方案相比,季云峰团队强调走“高性能+低成本+可量产”的路线,使产品更易被广泛应用:海外有的系统虽然采用更多高速相机和更高自由度机械臂,但因成本和使用复杂度难以推广。
此外,团队将用于乒乓球的视觉与控制算法延展到颠球实验等装置,能无限次且精确控制落点,并在船舶控制、医疗器械与人形机器人等领域看到潜在应用前景。 龙8头号玩家国际