[发明专利]乒乓球机器人的发球控制方法

说明书

本申请提供了一种乒乓球机器人的发球控制方法，其包括以下步骤：获取乒乓球机器人发球后乒乓球的自由飞行轨迹相对乒乓球桌的初始位置、期望初始线速度大小、期望初始角速度矢量以及乒乓球的期望落点；根据获取的初始位置、期望初始线速度大小、期望初始角速度矢量以及乒乓球的期望落点，计算期望初始线速度的方向参数；控制乒乓球机器人在乒乓球的自由飞行轨迹相对乒乓球桌的初始位置，以期望初始线速度大小，期望初始线速度的方向以及期望初始角速度矢量进行发球，实现对乒乓球落点的控制。本申请能够实现乒乓球机器人的发球轨迹在台面上的精确落点控制。

技术领域

本申请属于乒乓球机器人控制技术领域，具体涉及一种乒乓球机器人的发球控制方法。

背景技术

乒乓球这项运动在我国具有广泛的群众基础，乒乓球爱好者利用乒乓球发球机进行锻炼以及运动员利用乒乓球发球机进行训练都已趋于常态。虽然现阶段市面上已有多款乒乓球发球机器人，但是这些乒乓球发球机器人大多数都无法实现较为精准的发球落点控制。为了达到期望的落点，需要用户自主调节发球机器人的位置、俯仰角和偏航角等参数，这在使用过程中具有较大的不便性。然而，乒乓球的发球落点又是运动员训练的重要指标，因此亟需对乒乓球机器人的发球落点进行精确控制。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种乒乓球机器人的发球控制方法。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种乒乓球机器人的发球控制方法，其包括以下步骤：

获取乒乓球机器人发球后乒乓球的自由飞行轨迹相对乒乓球桌的初始位置、期望初始线速度大小、期望初始角速度矢量以及乒乓球的期望落点；

根据获取的初始位置、期望初始线速度大小、期望初始角速度矢量以及乒乓球的期望落点，计算期望初始线速度的方向参数；

控制乒乓球机器人在乒乓球的自由飞行轨迹相对乒乓球桌的初始位置，以期望初始线速度大小，期望初始线速度的方向以及期望初始角速度矢量进行发球，实现对乒乓球落点的控制。

上述乒乓球机器人的发球控制方法中，所述期望初始线速度的方向参数包括偏航角α和俯仰角β。

进一步地，所述俯仰角β的计算过程为：

定义球桌坐标系O_wX_wY_wZ_w：

将乒乓球桌的台面几何中心作为球桌坐标系的坐标原点O_w，将沿乒乓球桌的宽度方向指向乒乓球机器人的右侧的方向作为X_w轴的方向，将y_w沿乒乓球桌的长度方向指向运动员那一侧的方向作为Y_w轴的方向，将竖直向上的方向作为Z_w轴的方向；

定义矢状坐标系O_sX_sY_sZ_s：

矢状坐标系的原点位于乒乓球自由飞行的初始位置处，球桌坐标系绕Z_w轴旋转偏航角α得到矢状坐标系的三个坐标轴；

获取乒乓球空中自由飞行的空气动力学模型；

对乒乓球空中自由飞行的空气动力学模型进行离散化，得到离散迭代模型；

根据离散迭代模型和已知的期望参数，得到在矢状坐标系下乒乓球自由飞行的初始位置、初始线速度和初始角速度；

根据矢状坐标系下期望落点和初始位置的水平距离，采用黄金分割法计算得到俯仰角β。

进一步地，在矢状坐标系下，乒乓球空中自由飞行的空气动力学模型为：