乒乓球运动开展广泛,能够和人对打的乒乓球机器人潜在需求巨大。现有发球机能以可调的频率发出不同旋转、角度、速度的乒乓球,供运动员回击,局限是不能打成回合,趣味性不够。有必要研制完整功能的乒乓球机器人,该机器人能够最大程度地模仿乒乓球运动中人的行为,能够以不同的策略发球、回击来球,而且能够调整各种参数以适应不同水平的运动员。乒乓球机器人模拟人的行为,要完成目标识别、目标三维定位、击球点预测、运动控制等过程。关键点是系统响应速度要快,在短时间内回击来球,为此独创性地采用直线电机X_Y平台结合三自由度机械手(可扩展为六自由度机械手)完成乒乓球机器人位姿控制。方案由两个摄像头和计算机系统组成双目视觉系统以兼顾处理精度及速度的要求,计算机获取图像并进行滤波等处理后进行目标(乒乓球)识别,然后采用面积中心算法求取目标二维坐标,用两个摄像头得到的两条空间直线交汇算法得到目标的三维坐标;击球点的预测,通过分析乒乓球受力及飞行模式,建立数学模型,采用迭代法快速求解飞行轨迹;运动控制,由X_Y平台及机械手并行完成,以提高系统响应速度及稳定性,两台永磁直线电机及其它构件组成的X_Y平台完成球拍的位置控制,三自由度机械手完成姿态控制。建立X_Y平台直线电机模型,得出传递函数,采用数字PID控制器进行控制。对机械手建立位姿描述,通过运动学反解得出关节的位移,用逆雅可比矩阵及其导数求解关节速度及关节加速度。X_Y平台及三自由度机械手均采用运动控制卡进行控制,并与计算机及视觉系统组成完整乒乓球机器人。最后对系统的关键环节用Matlab及Simulink进行仿真,验证方案可行。