本公開涉及運動機器人控制，具體涉及一種球類運動機器人的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、在羽毛球運動領(lǐng)域，隨著人工智能和機器人技術(shù)的快速發(fā)展，羽毛球運動機器人的研發(fā)逐漸成為熱點。這些機器人旨在模擬真實比賽環(huán)境，提供個性化訓(xùn)練或鍛煉，以提升運動人員的技術(shù)水平和增加羽毛球愛好者鍛煉和娛樂方式。然而羽毛球運動要求運動人員具備快速的反應(yīng)、穩(wěn)定的移動和精確的擊球技巧。在訓(xùn)練中，針對這些技能的提升需要大量的重復(fù)練習(xí)和針對性的反饋。

3、傳統(tǒng)訓(xùn)練方法往往缺乏個性化指導(dǎo)，而且訓(xùn)練過程中頻繁的球落地和重新啟動訓(xùn)練環(huán)節(jié)會耗費大量時間，從而降低了訓(xùn)練效率，現(xiàn)有的羽毛球機器人控制在模擬真實比賽環(huán)境和提供個性化訓(xùn)練方面存在局限性，這些局限性限制了它們在高效訓(xùn)練中的應(yīng)用，具體如下：

4、（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計：目前羽毛球運動機器人的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求精度高，導(dǎo)致成本增加，且避障能力不足。

5、（2）移動速度與穩(wěn)定性：傳統(tǒng)羽毛球運動機器人在移動速度和穩(wěn)定性方面存在不足，無法有效模擬人的快速移動和穩(wěn)定擊球。

6、（3）控制算法：現(xiàn)有的控制算法如動力學(xué)方程擬合法、bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和pid控制算法在精度和穩(wěn)定性上存在局限，受環(huán)境、羽毛球形狀規(guī)格的影響較大，且對系統(tǒng)模型敏感，參數(shù)選擇不易。

7、（4）擊球精確度：現(xiàn)有機器人在擊球過程中易產(chǎn)生重心不穩(wěn)的問題，影響機器人的穩(wěn)定性和擊球的精確度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開為了解決上述問題，提出了一種球類運動機器人的控制方法及系統(tǒng)，設(shè)計一種雙輪足和單臂帶拍結(jié)構(gòu)，并通過深度學(xué)習(xí)對羽毛球的軌跡進行擬合以及預(yù)測，并對機器人進行姿態(tài)預(yù)測，實現(xiàn)對羽毛球運動的跟蹤和場地內(nèi)位置的實時精確定位，控制機器人以實現(xiàn)快速決策和精確完成各種擊球動作，提高機器人的響應(yīng)速度和控制精度。

2、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

3、一種球類運動機器人的控制方法，包括：

4、獲取羽毛球場內(nèi)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)以及場外的運動圖像數(shù)據(jù)；

5、基于環(huán)境圖像數(shù)據(jù)以及場外的運動圖像數(shù)據(jù)，利用深度學(xué)習(xí)模型對羽毛球、機器人和運動人員位置進行識別；

6、根據(jù)羽毛球、機器人和運動人員位置信息，使用跟蹤算法實現(xiàn)羽毛球飛行軌跡的重建，并預(yù)測得到羽毛球擊球點和落球點；

7、獲取機器人各機構(gòu)運動狀態(tài)以及本體imu數(shù)據(jù)，基于各機構(gòu)運動狀態(tài)以及本體imu數(shù)據(jù)對機器人進行姿態(tài)預(yù)測以及運動狀態(tài)預(yù)測；

8、基于預(yù)測的機器人姿態(tài)、運動狀態(tài)、羽毛球擊球點以及落球點，分別利用機器人動態(tài)平衡控制算法和mpc控制算法實現(xiàn)機器人自身的平衡控制以及擊球動作控制；

9、其中，基于機器人姿態(tài)和運動狀態(tài)構(gòu)建動態(tài)運動模型，基于動態(tài)模型和預(yù)測的羽毛球擊球點和落球點數(shù)據(jù)，利用mpc控制算法計算最優(yōu)的關(guān)節(jié)角度和驅(qū)動輪速度，根據(jù)得到的關(guān)節(jié)角度和驅(qū)動輪速度驅(qū)動機器人完成各種擊球動作。

10、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

11、一種球類運動機器人的控制系統(tǒng)，包括：

12、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取羽毛球場內(nèi)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)以及場外的運動圖像數(shù)據(jù)；

13、羽毛球軌跡預(yù)測模塊，用于基于環(huán)境圖像數(shù)據(jù)以及場外的運動圖像數(shù)據(jù)，利用深度學(xué)習(xí)模型對羽毛球、機器人和運動人員位置進行識別；根據(jù)羽毛球、機器人和運動人員位置信息，使用跟蹤算法實現(xiàn)羽毛球飛行軌跡的重建，并預(yù)測得到羽毛球擊球點和落球點；

14、機器人運動姿態(tài)預(yù)測模塊，用于獲取機器人各機構(gòu)運動狀態(tài)以及本體imu數(shù)據(jù)，基于各機構(gòu)運動狀態(tài)以及本體imu數(shù)據(jù)對機器人進行姿態(tài)預(yù)測以及運動狀態(tài)預(yù)測；

15、控制模塊，用于基于預(yù)測的機器人姿態(tài)、運動狀態(tài)、羽毛球擊球點以及落球點，分別利用機器人動態(tài)平衡控制算法和mpc控制算法實現(xiàn)機器人自身的平衡控制以及擊球動作控制；

16、其中，基于機器人姿態(tài)和運動狀態(tài)構(gòu)建動態(tài)運動模型，基于動態(tài)模型和預(yù)測的羽毛球擊球點和落球點數(shù)據(jù)，利用mpc控制算法計算最優(yōu)的關(guān)節(jié)角度和驅(qū)動輪速度，根據(jù)得到的關(guān)節(jié)角度和驅(qū)動輪速度驅(qū)動機器人完成各種擊球動作。

17、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

18、一種球類運動機器人，所述球類運動機器人為雙輪足、單臂帶拍設(shè)計，單臂為機械臂，在機械臂頭部設(shè)置球拍，所述機械臂的關(guān)節(jié)為四自由度，每個關(guān)節(jié)由一個電機驅(qū)動，包括末端電機、三號電機、二號電機以及一號電機，每個關(guān)節(jié)都配備有傳感器；

19、所述雙輪足為主從輪式驅(qū)動結(jié)構(gòu)，包括站立電機、碳纖維方管以及大輪驅(qū)動電機總成，所述雙輪足以及機械臂安裝在機身主體上，在機身主體下方的垂直軸上設(shè)置電池倉以及電池擺動電機，能夠圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)

20、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

21、一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)所述的一種球類運動機器人的控制方法。

22、根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

23、一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲器以及計算機程序；其中，處理器與存儲器連接，計算機程序被存儲在存儲器中，當(dāng)電子設(shè)備運行時，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計算機程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實現(xiàn)所述的一種球類運動機器人的控制方法。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果為：

25、本公開的一種球類運動機器人的控制方法，通過創(chuàng)新的雙輪足設(shè)計和單臂帶拍結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在羽毛球場上的高效移動和精確擊球。電池倉作為配重，增強自動平衡控制。此外，機器人采用了眼在身上和眼在身外的多種視覺感知模式，以提高對羽毛球運動的跟蹤和反應(yīng)能力。本發(fā)明還涉及控制該機器人的方法，包括利用邊緣計算處理器實現(xiàn)實時通信，以實現(xiàn)快速決策和精確動作。這種實時通信架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)快速的數(shù)據(jù)傳輸和處理，提高了機器人的響應(yīng)速度和控制精度。通過這些改進，羽毛球機器人能夠更好地服務(wù)于運動訓(xùn)練、娛樂和鍛煉，滿足不同用戶的需求，克服了現(xiàn)有技術(shù)的局限性，提供了一種全新的羽毛球訓(xùn)練和娛樂方式。

26、本公開的一種球類運動機器人的控制方法，采用了邊緣計算節(jié)點，集成了圖像識別算法、羽毛球軌跡擬合和預(yù)測、擊球點和落點預(yù)測，以及機器人姿態(tài)預(yù)測。而動態(tài)平衡控制則在本體控制器上實現(xiàn)，通過mpc（模型預(yù)測控制）算法，機器人的驅(qū)動輪和各關(guān)節(jié)執(zhí)行器能夠完成各種擊球動作。本公開的羽毛球運動機器人展現(xiàn)了靈活性、輕巧性、穩(wěn)定性、便捷性和高效率，能夠快速移動、跳躍，并執(zhí)行多種高難度擊球動作，顯著提升了整體性能、適應(yīng)性和安全性。

27、本公開的一種球類運動機器人的控制方法，機器人動態(tài)平衡控制算法能夠有效地調(diào)整電池倉位置，優(yōu)化重心分布，從而提高機器人的穩(wěn)定性和操控性，使其能夠在復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)時保持精確和安全。這種控制方法不僅提高了機器人的性能，也增強了其在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和安全性。