近期，我在微信視頻號（名稱：季云峰）里新發布的一個視頻“哈工大楊明教授參觀實驗室體驗小丘”，一下子在網絡上火了，播放量好幾百萬。楊教授和我的乒乓球機器人“小丘”的一段對打，因網友對乒乓球機器人的不同看法，引發了激烈的討論。

那段視頻背后有個小故事——2024年的8月3日，我有幸受邀參加了“京杭之心杯”全國高校教授乒乓球精英邀請賽，和楊教授組成搭檔報名了男子雙打，并最終獲得了冠軍。楊教授的專業是做電機驅動控制，與我們做機器人密切相關，所以我邀請楊教授來實驗室參觀體驗乒乓球機器人小丘。我和楊教授在球場上默契配合，在場下業務上也有深入探討合作，這也是乒乓球比賽交流帶來的緣分。

季云峰與“小丘”創造吉尼斯世界紀錄。

人生理想由“小丘”承載

乒乓球機器人“小丘”承載了我的人生理想。我小時候是一名乒乓球運動員，接觸乒乓球實屬陰差陽錯。在此之前，我學過電子琴，因為《雪絨花》雙手彈奏的高難度而絕望，于是把教材弄丟，裝作一臉無辜地逃避上課。后來還嘗試過小提琴和繪畫，但都沒什么興趣，由于無法長時間靜坐，我還被老師多次戴上“屁股上長瘡”的帽子。喜歡上乒乓球是偶然間看到學校高年級的同學打球連扣殺了好幾個來回，覺得特別帥，就跟爸媽吵著說想學乒乓球。

剛開始爸媽是有點猶豫的，他們覺得練體育很辛苦，不想我受累。但架不住我的再三請求，于是爸爸給我買了一副 5 塊錢的乒乓球拍，在家里墻上畫了一個方框，跟我說如果能對著方框內部連續擊球超過 50 個，就送我去學乒乓球。我覺得我還是有點天賦的，用了不到一周的時間完成了爸爸制定的目標，然后心滿意足地被送進了體校。

學乒乓球的過程是辛苦的，我輸過無數次比賽，一輸就哭。那些在體校風里來雨里去練球的日子，給我留下記憶最深的不是球館里明閃閃的大黃燈泡，而是老媽那晃悠悠的單車后座。輸了比賽一生氣，摔了球拍，一下子幾百塊錢就沒了，我只得坐在單車后面哭，外加聽老媽說道一路。

上大學之后，我進入了學校的乒乓球隊，開始代表學校參加各類大學生比賽和業余球賽，雖然我的技術水平已經沒辦法提升了，但還是很喜歡打乒乓球。從上大學開始，我就一直希望將自己所學的知識與愛好結合——做一款會打乒乓球的機器人，最終夢想是這臺機器人的水平超過我。于是從 2012 年起，我就開始了機器人應用的相關研究。

“京杭之心杯”全國高校教授乒乓球精英邀請賽中，季云峰和楊教授（左七）獲得男子雙打冠軍。

我學的是電子信息和控制類的專業，2018 年我到德國漢堡求學時，發現歐洲的運動康復很有趣，人們會根據醫生提供的運動處方，選擇一些像乒乓球等運動量相對較少的運動來做康復訓練。小小的漢堡市居然有 200 多個乒乓球俱樂部，乒乓球受歡迎的程度讓我們感到意外的同時，也讓我們看到了乒乓球運用到康復治療中的良好前景。那時候我想到，用我做的機器人代替教練，幫助病人做康復治療吧。

回國攻讀博士畢業之后，我來到上海理工大學與團隊一起成立了機器智能研究院，專門做機器人方向的研究，我也正式開始搭建我的乒乓球機器人平臺——“小丘”。從硬件結構設計開始，我帶著毛越、胡曉屹、張邦森等項目組核心成員一點點摸索，逐步攻克難關，終于在2020年10月5日，讓當時還是一維運動的“小丘”實現了與我連續對打 9個回合。

“小丘”是沒有“腳”的小球

我們的乒乓球機器人平臺為什么叫“小丘”？這是我們團隊討論了很久為它起的名字，主要有三點原因，一是機器人的機構和“丘”這個字形態相似；二是乒乓去掉下面兩個點就是“丘”，也對應了“小丘”沒有腳在桌面運動的形態；三是“小丘”和“小球”發音相似。

本文的另一位主角，耳聰目明的“小丘”。

“小丘”耳聰目明、頭腦強大，它由視覺系統、控制系統、執行系統幾個部分構成。視覺系統實時識別乒乓球的空間坐標、速度和加速度等信息，通過算法利用前面幾幀圖像預測整體飛行軌跡，再將預測落地的位置和時間發送給控制系統，控制系統計算出回球的具體姿態，發送給執行機械臂擊球，最終實現回擊。

控制算法融入了人工智能強化學習，我們在仿真環境中構建了3萬多臺乒乓球機器人訓練環境，隨機發出不同落點和速度的乒乓球，訓練機器人回擊到指定區域內。同時，我們也收集了所有真實環境中打球的軌跡數據，將其傳入虛擬系統中，多維化完善數據，最終實現機器人越打越厲害的目標。

有很多網友提問，如果兩個機器人對打，是否可以一直打下去，打到沒電？我們目前已經在仿真環境中實現雙機器人對打，下一步就是遷移至現實環境中。目前在真實場景中，通過這幾年不間斷地對乒乓球機器人算法進行優化迭代，“小丘”可以有三種對打模式：簡單模式、仿生模式和小弧圈模式，對應了不同的擊球動作、落點和速度，并且通過上位機界面可以實現無縫切換，可以適應不同的打球人群。

吉尼斯認證的最穩定乒乓球機器人

為了驗證算法和模型的整體穩定性，我們想到用連續對打不失誤來檢驗，每一個回合都是一個完整的識別、計算和控制的閉環，努力做到讓機器人回球足夠快、足夠準、少失誤。2021年9月20日，我和機器人“小丘”以連續對打6241 次的成績獲得了“乒乓球人機對戰中連續對打次數最多”的吉尼斯世界紀錄，也讓“小丘”成為了吉尼斯認證過的對打最穩定的乒乓球機器人。

2023年5月，我們很榮幸地收到了B站科技區視頻大佬影視颶風TIM的邀請，與奧運冠軍許昕一起拍攝乒乓球宣傳視頻。我也上鏡做了一回演員，雖然臺詞沒有幾句，但是為乒乓球做一回科普，也是很棒的一件事情。

與影視颶風 TIM一起拍攝乒乓球宣傳視頻

其實在拍攝宣傳視頻的時候，“小丘”還不會回擊旋轉球，因為旋轉太復雜了，速度方向非常多變，而“小丘”不僅需要實時識別出旋轉速度，還需要精準的旋轉方向數據，才能應用于預測模型中。但通過我們這幾年不間斷的努力，最近剛剛完成了對乒乓球旋轉速度的實時測量，并應用于“小丘”的算法中。現在“小丘”可以實時判斷出旋轉的類型，下旋會搓，上旋會壓住拍子，側旋也會精確計算出左右拐的距離并添加位置補償。雖然我給的旋轉速度不是很強，但是“小丘”可以立馬做出回擊反應，接下來我們會慢慢加強旋轉速度來做進一步測試，也希望有那么一天，“小丘”能霸氣地反拉弧圈球。

目前，“小丘”的水平只是一名業余愛好者，可能還沒辦法應用在專業乒乓球運動訓練中，所以我們現階段主要面向的應用場景是科技館演示、學校機器人實驗室的教育還有社區養老院等地方做運動康復。我們還受科技館的委托，開發了一款平衡顛球機器人——“小木”，得益于前期的技術積累，對乒乓球的精準控制在“小木”機器人上體現了出來。2023年10月14日，我在視頻號發布的第一個視頻就是“小木”當時的測試樣機演示，這個視頻也特別火，被轉發了幾百萬次，也引發了后續很多的合作，平衡算法在軍工、船舶、醫療、人形機器人等很多場景都有應用。

美國谷歌公司在2024年8月8日發布了他們的乒乓球機器人，并對外宣稱已經達到了業余人類水平，與人類選手比賽的平均勝率達到了 45%。希望在不久的將來有一場乒乓球機器人比賽，讓“小丘”有機會大戰谷歌乒乓球機器人，我期待著這場視覺盛宴。

（本文作者系上海理工大學機器智能研究院老師、2022年上海市青年“五 四”獎章獲得者、吉尼斯世界紀錄保持者、乒乓球國家一級運動員）

本文選自《乒乓世界》2025年第1期

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