华英陪的论文笔记

8.18 基于ODE的乒乓球运动轨迹仿真研究

基于ODE的乒乓球运动轨迹仿真研究杨华，关志明计算机仿真 2011年9月第28卷第9期 研究目的：为了利用科学手段提高训练水平，提出设计能够发球和击球的乒乓球机器人，能够提高乒乓球运动的训练科技含量，并且推动智能控制、人机对抗领域的发展。 文章脉络： 1 引言在乒乓球训练中，为了达到特定的训练效果，常常需要一个陪练梯队做出默默无闻的牺牲，研究可以仿真对手发球和击球的乒乓球机器人能够有效解决上述问题。本文对乒乓球的飞行轨迹进行分析和仿真，在ODE的基础上建立的一种交互式可视化仿真模型，对数据及其它形式信息进行可视化处理之后，以图形和图像的方式呈现。 2 乒乓球仿真模型 2.1 建立运动学模型 <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=de73e210a762a09146c04e170aefbaf3&amp;file=file.png" alt="" /> <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=c335866fc89856221fccfa7b4082063e&amp;file=file.png" alt="" /> 2.2 ODE的乒乓球运动仿真平台 ODE全程open dynamic engine,是一个高性能、开源、跨平台的工业级刚性物体动力学模型库，其核心是经典牛顿力学的基本原理算法包。与其他采用的虚拟弹簧方式不同的是，ODE采用“硬接触”碰撞检测，就是说刚体碰撞时通常不会出现穿透的情况。仿真实验流程图： <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=b0fcda6db09af8d0196f25904847c9a9&amp;file=file.png" alt="" /> 3 仿真结果及分析 3.1 节拍对轨迹影响 <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=6c22e8d9347bbe8dc20f2306c4a2d3b9&amp;file=file.png" alt="" /> <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=9c5d4439966bd1feaf277ac7be10bbbf&amp;file=file.png" alt="" /> 可以看出，节拍变化对飞行距离和偏折距离的影响微乎其微。 <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=e149cf0cc2f430ae6c3d1383b420db86&amp;file=file.png" alt="" /> 由此可以说明，当节拍超过3000Hz时，即可对重力的仿真误差可以忽略不计。 3.2 转速与轨迹变化 <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=400ef1e6de76d6b92e00e5d93a223614&amp;file=file.png" alt="" /> 可以看出，当转速不断增大时乒乓球的偏移轨迹逐渐变得密集，即转速变化对轨迹的影响逐渐变小。 4 运行效果 <img src="https://www.showdoc.com.cn/server/api/attachment/visitFile?sign=bfeb64b92dd1a3b418ed354d521aafa3&amp;file=file.png" alt="" /> 乒乓球在相同的位置以相同的线速度不同的旋转状态飞行，可以看出乒乓球不同旋转状态的轨迹明显不同。 5 结论（1）结合空气动力学和经典力学理论，分析并设定了包括重力、空气阻力、玛格努斯力在内的乒乓球动力学模型，建立方程组。（2）设计和实现了基于ODE的乒乓球运动交互式、实时的、基础仿真实验平台。以旋转球为重点，对球的运动轨迹进行了仿真实验。验证了该运动学模型和仿真环境的准确性和效率。仿真结果形象直观，容易理解。（3）该研究为深入揭示乒乓球运动规律、制胜规律提供了一条新思路，为乒乓球机器人发球和击球的运动学和动力学研究提供了实验基础。下一步的工作将通过大量实测实验进一步完善数学模型和仿真环境。

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