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排球机器人

摘要

我们开发了一个机器人系统，可以和一个人玩一次排球。它不仅能正确地将一个飞球击回玩家手中，而且还具有多种自主功能，可以与玩家进行游戏所必需的交互，即通过识别语音指令来拾取一个要求颜色的球，通过识别玩家的脸来定位玩家，并能握手。这个机器人在一个由公司赞助的展览上表演了100多次整个游戏序列，在那里，一个任意玩家的球赛持续了25次。本文主要介绍了足球比赛中必不可少的机器人实时视觉反馈系统。

1简介

一个能和人玩球类游戏的机器人必须有实时的视觉反馈和反应性的运动机制，才能够到一个抛来的球并把它打回来。虽然有几个机器人可以处理飞球，但大多数机器人仅限于在受控环境中处理飞球。为了自主地完成任意玩家的球类游戏，机器人必须具备使用感知方式与人类进行交互的能力，如我们所有人所拥有的视觉、听觉和触觉。机器人的这种感知能力成为未来帮助人类，特别是老年人和残疾人的基础。

我们开发了一个机器人系统，它可以和一个人打排球。该机器人可以与玩家完成整个游戏序列，即通过识别语音指令来捡起一个请求颜色的球，通过识别特定玩家的脸来定位特定玩家，与他们握手。设计了一种具有响应式排球运动机构的机器人结构。该机构由a）以60Hz的场强速度测量三维球位的实时视觉系统；b）预测最佳击球时间/位置的球位轨迹估计系统；c）以60Hz的场强速度测量三维球位动作控制系统执行击球和接球等控球任务；d）另一个视觉系统和语音识别系统识别球员的面部和语音；e）力反馈控制系统握手。本文首先介绍了机器人的结构、击球策略，然后介绍了机器人的实时视觉反馈机制（a、b、c与人打排球的实验结果，包括人脸/语音识别和握手）。

图1：机器人系统的外观

2机器人配置

实现排球机器人的关键在于机器人的运动速度要足够快，能够击中从人身上扔下来的球并正确地将其返回。我们采用悬挂式机器人配置，如图1所示。

这个机器人由两个主要部分组成，如图3A所示。其中一个是有一个头部和两个小手臂的身体。每只手臂有6个关节，肩到腕长0.7米。英国电信，她的主要部分是大臂（G臂）从身体是悬浮。G臂有6个自由度，包括1个滑动接头。机器人用左臂击球。右臂有额外的抓取自由度。机器人的控球动作示例如图2所示。

游戏场地如图3b所示。场地两侧（机器人侧和球员侧）为直径1.6米的圆圈，圆圈中心点之间的距离为2.6米，在场地两侧中点处设1.8米高的网。在这个游戏中，机器人和人类玩家都需要用球拍击球，所以球拍被固定在左手臂的顶端。

机器人有三个彩色摄像头，如图3c所示。立体摄像机安装在头台上，用于测量三维球的位置，摄像机安装在右肩上，用于定位对面球场球员的脸。一个电脑控制的变焦镜头附在肩膀上，以放大面部，便于识别。