基于轻量化硬件与模型预测控制的高速机器人乒乓球击球
机器人学
2025-05-06 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
我们展示了一个机器人乒乓球平台，该平台能够以高精度、高力度和高一致性实现多种击球风格和球体旋转。这得益于一个定制的轻量化、高扭矩、低转子惯量的五自由度机械臂，该机械臂能够实现高加速度。为了生成挥拍轨迹，我们构建了一个最优控制问题（OCP），该问题约束了球拍在击球时刻的状态。终端位置由预测的球轨迹给出，而球拍的终端姿态和速度则被选择以匹配各种可能的击球风格：拉球（上旋）、抽球（平击）和削球（下旋）。最后，我们围绕该OCP构建了一个固定时域模型预测控制器（MPC），使硬件能够对预测球轨迹的变化做出快速反应。我们在硬件上验证了该系统能够以平均11米/秒的出球速度，在三种挥拍类型中实现88%的成功率。
引用
@article{arxiv.2505.01617,
title = {High Speed Robotic Table Tennis Swinging Using Lightweight Hardware with Model Predictive Control},
author = {David Nguyen and Kendrick D. Cancio and Sangbae Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.01617},
year = {2025}
}