早稻田大学利用VR设备让机械臂教你正确的乒乓球挥拍姿势

近日,在国内再度面临疫情的严峻考验时,刘畊宏与妻子通过平台直播跳健身操,短短一周左右时间,就吸引了4000万粉丝观看。

近30天,刘畊宏直播累计观看人次超1亿,单场直播最高达4476万观看,创下了2022年抖音直播的最新纪录。

刘畊宏引领的这场跳操潮流,从80岁“刘畊宏女孩”,到幼儿园小朋友,可以说是收割了各个年龄段的观众。

文摘菌今天要说的虽然不是跳操,但也是一项老少皆宜,在国内广泛普及的一项国动——

此前根据瑞士《时报》网站报道,中国有4亿人口会定期打乒乓球,这占中国总人口的近三分之一,其中参加比赛的人甚至达1亿。

在奥运会赛场上,中国更是几乎包揽了所有金牌。自1988年乒乓球进入奥运会后,中国队夺得了32枚乒乓球金牌,可以说是一枝独秀了。

不过在2019年中日少儿挑战赛,华裔兄妹张本智和与张本美和先后拿下冠军。这让中国乒协主席刘国梁看到了国内在培养青少年乒乓球热情和技术上的缺失。

这不,就在最近,日本早稻田大学的研究人员就开发了一种VR装置,VR系统本身与机械臂相连接,通过在VR环境中引导用户手部的运动,就可以高效地练习乒乓球的正确击打姿势,获得技能提升了。

T2Snaker包括一个在VR头盔上运行的乒乓球系统,该头盔与一个机器人附属装置相连并同步。为了便于使用,T2Snaker被固定在了一个铝制底座上。

VR乒乓球软件主要使用的是Unity3D游戏引擎创建,包括一个VR乒乓球、记分牌和一个指导视频,以及在游戏中激励用户的拉拉队。VR环境与逆向运动学系统相连,使用WebSockets3控制和同步球拍的运动与机器人的运动。

IK系统则会计算出正确的机器人姿势,以便在VR环境进行正确的挥拍。最后,计算出的角度会从IK系统发送到机器人控制系统,直接反馈在机器人的行为动作上。

在这次项目中使用的蛇形机器人总长990毫米,重2.25公斤,由9个串联的伺服电机组成,使用了三个MX106T、两个MX64AT,和四个AX124。

这些电机使用铝制框架和PLA框架连接,末端执行器是VR游戏中常用的乒乓球拍形状,它有一个控制器支架,可以在VR中跟踪位置。

也就是说,乒乓球拍和VR控制器被安装在了机器人手臂的尖端,同时球拍在VR中的运动和机器人手臂的运动也是同步的。

基于此,通过佩戴VR头戴式显示器,手持附在机械臂尖端的球拍体验VR乒乓球比赛,用户就可以通过力反馈体验正确的挥杆动作。

为了评估T2Snaker,研究人员对10名有VR体验的参与者进行了测试研究,测试分为使用T2Snaker练习和仅使用VR练习。

对收集到的数据进行标准化后显示,使用T2Snaker的志愿者对技能测试的总体技能增益更高。

其中一位参与者表示,“机器人手臂可以更直接地传达出摇摆的感觉,这点很好”,另一位参与者补充道,“感觉就像在现实世界中有教练在支持我”。

但也有人指出了目前该系统还存在的不足之处。比如有人就说到,“我不知道机器人手臂的运动范围,在过程中我很担心会把它弄断”。

但不管怎样,这些都表明,机器人结构都应该更灵活、更耐用。此外,不少参与者提出了一些改进建议,比如为用户提供虚拟化身,以更具体和详细地观察他们的动作行为,为他们的训练表现提供评级,以及在VR中可视化机器人的运动范围、位置和工作空间等。

研究人员表示,在未来,他们想要实现更高级的乒乓球运动员功能。比如目前系统只支持正手,未来他们会添加反手;以及他们还想做一个能够在比赛或者教学时有更多反馈的机器人。

2014年,德国乒乓球选手蒂莫·波尔就与当时世界最快的机器人乒乓球选手KUKA进行了一场表演赛。在德国公司Kyoka Robotics组织的一场比赛中,蒂莫·波尔以11-9的比分击败了机器人。

2015年,日本公司“欧姆龙”推出了机器人“FORPHEUS”,它可以像人类一样打乒乓球。机器人FORPHEUS包含一组摄像头,可以每秒约80次监控对手的位置和球的运动,使用基于人工智能的软件来预测其轨迹并重新射击。

2017年,机器人FORPHEUS凭借其独特的科技智能和教学能力,作为首位机器人乒乓球教练进入吉尼斯世界纪录。这个项目的首席开发者Taku Oya在接受吉尼斯世界纪录网站采访时表示,“目前是人类教机器人如何行事或教学,但在未来20年内,机器人可能会教授另一个机器人或开发机器人”。

在国内,东京奥运会期间就曝出,湖北黄石国家队训练基地引进了一批由上海庞勃特科技有限公司推出的庞伯特发球机器人,作为专业运动员的培训教练,帮助他们把基本功练得更扎实。

一般在专业的训练当中,发球是最耗时耗力的任务,多球训练一般在整个训练过程中的占比可以高达70%-80%。而且,对于一个专业运动员来说,一方面需要教练的丰富经验,一方面更需要根据自身特点和习惯的数据分析,来更加了解自身的优势和短板。

这台机器人具备模仿人类喂多球的能力,可以还原自然发球,同时通过人工智能算法分析乒乓球运动轨迹,无标记人体动作识别优化打球姿态,又能更好的帮助专业运动员通过喂多球训练实现技术定性。

甚至有人预计,在未来,将会有三种主流的体育赛事,分别是机器人团队、人类团队和混合团队。许多未来主义思想家和人工智能科学家预测,人类与机器人之间的关系会随着时间的推移而加强。

正如比尔·盖茨所说,“与今天相比,机器人和其他相关结构将使世界变得非常美好”。我们也期待着那天的到来。

原标题:《真·手把手教学!早稻田大学利用VR设备,让机械臂教你正确的乒乓球挥拍姿势》

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