(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210714716.2 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 上海创屹科技有限公司 地址 201206 上海市浦东 新区金藏路257号 (72)发明人 张海波　张文　刘福川　曹勇洋　 (74)专利代理 机构 北京科石知识产权代理有限 公司 11595 专利代理师 李艳霞 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) B25J 19/00(2006.01) (54)发明名称 乒乓球发球机器人零点标定方法及标定系 统 (57)摘要 本申请提供一种乒乓球发球机器人零点标 定方法及标定系统， 零点标定方法包括： 根据乒 乓球理论飞行模 型， 配置一组机器人期望发球参 数和乒乓球在球台上的期望落点值； 控制发球机 器人以当前的零点偏移值确定软件零位， 并以配 置的机器人发球参数发N个球； 利用视觉系统获 取发球机器人所发N个球的落点值； 对乒乓球当 前轨迹的实际落点进行处理， 以确定发球机器人 的零点标定是否成功， 如果是， 则标定成功； 否 则， 利用Nelder ‑Mead优化算法调整零点偏移值， 重新确定 软件零位， 直至发球机器人的零点标定 成功。 本申请能够有效快捷地完成发球机器人零 点的标定， 有利于无人化工厂的实现， 减少人为 因素的干扰， 能够有效地保证产品出厂的一致 性。 权利要求书4页 说明书12页 附图4页 CN 115122324 A 2022.09.30 CN 115122324 A 1.一种乒乓球发球机器人零 点标定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 根据乒乓球理论飞行模型， 配置一组机器人期望发球参数和乒乓球在球 台上的期望落 点值； 控制发球机器人以当前的零点偏移值确定软件零位， 并以配置的机器人发球参数发N 个球； 利用视觉系统获取发球机器人 所发N个球的落点值； 对乒乓球当前轨迹的实 际落点进行处理， 以确定发球机器人的零点标定是否成功， 如 果是， 则标定成功； 否则， 利用Nelder ‑Mead优化算法调整零点偏移值， 重新确定软件零位， 直至发球机器人的零 点标定成功。 2.根据权利要求1所述的乒乓球发球机器人零点标定方法， 其特征在于， 所述乒乓球理 论飞行模型的获取 过程为： 利用直流有刷电机的闭环控制， 获得多组上挤球轮电机和下挤球轮电机的不同转速下 发出去的乒乓球的线速度和旋转速度； 利用多项式的最小二乘法拟合获得乒乓球的期望线速度Vball、 乒乓球期的望旋转速度 Wball、 上挤球轮的期望转速nup以及下挤球 轮的期望转速ndown的约束关系： 式中， k1， k2， k3， q1， q2和q3均为拟合获得的多 项式系数； 根据乒乓球线速度大小Vball和第三杆件相对世界坐标系的旋转矩阵获得乒乓球线速度 矢量vb： 其中， 旋转矩阵 为 所述第三杆件用于连接乒乓球发球机器人中的侧旋关节和上挤球轮与下挤球轮； qroll 表示侧旋关节的期望角度， qpitch表示俯仰关节的期望角度， qyaw表示左右关节的期望角度； 根据旋转速度大小 Wball和第三杆件相对世界坐标系的旋转矩阵获得乒乓球旋转速度矢 量wb： 乒乓球飞行的起始位置pb为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115122324 A 2在各驱动单元控制参数Q＝[nup,ndown,qroll,qpitch,qyaw]确定的情 况下， 获得一组 唯一的 乒乓球初始状态pb,vb和wb； 将乒乓球在空气中飞行的动力学模型转换成离 散模型； 其中， 乒乓球在空气中飞行的动力学模型为： 其中， 表示乒乓球线加 速度矢量(线速度的微分)， ||V(t)||表示乒乓球线速度大 小， V(t)表示乒乓球线速度矢量， kc表示阻力系数， kb表示马格努斯力系数， wx， wy， wz分别表 示乒乓球旋转速度在三维坐标系下的三个分量， g表示重力加速度； 乒乓球在空气中飞行的动力学模型转换成的离 散模型为： 其中， Tc表示离散采样周期， V(k+1)和V(k)分别表示下一个周期和当前周期的乒乓球线 速度矢量； 各个周期的线速度矢量V(i)进行积分得到乒乓球的位置 在已知乒 乓球初始状态pb,vb和wb的情况下， 利用乒乓球在 空中飞行动力 学模型获得整段飞行轨迹， 以获得此次发球的落 点参数P。 3.根据权利要求1所述的乒乓球发球机器人零点标定方法， 其特征在于， 所述利用视觉 系统获取发球机器人 所发N个球的落点值的过程 为： 视觉系统利用深度学习算法从双目视觉图像中识别出乒乓球， 并定位乒乓球的中心点 像素； 利用双目视 觉算法完成乒乓球中心位置的三维重建， 获得乒乓球在当前时刻的位置； 根据整段飞行时间中乒乓球的位置找出轨迹最低点Pba(k)， 利用与轨迹最低点Pba(k)相 邻的连续六个位置点Pba(k‑1)至Pba(k‑6)进行多项式拟合， 获得乒乓球当前轨迹的实际落 点Paj(xaj,yaj)， 该落点所在的高度为乒乓球桌的高度。 4.根据权利要求1所述的乒乓球发球机器人零点标定方法， 其特征在于， 所述对乒乓球 当前轨迹的实际落 点进行处 理， 以确定发球机器人的零 点标定是否成功的过程 为： 对N个落点进行切尾均值处 理获得发球机器人重复发球实际落 点的估计值Pa(xa,ya)； 根据实际落点的估计值Pa(xa,ya)和配置的期望落点值Pd(xd,yd)得到当前发球机器人权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115122324 A 3