1． 目的及意义

当今世界，现代科技高速发展，机器人作为信息化、数字化等现代化技术进步的产物之一，已然先进科技发展的趋势，受到国内外科学家的高度关注；而乒乓球机器人手臂是其中的一种，是专门设计来陪同人打乒乓球的机器人。

乒乓球机器人手臂是一种能够和人类打乒乓球的机械臂，通过运行一定算法，对人类的手臂和动作进行模拟，能够准确地到达乒乓球所在位置并做出相应的击球姿势。它可以像人一样击打乒乓球，大大增加人们打乒乓球的机会；还可以做到让击打出的球满足多种难度，适宜不同技术的人练习技能和强身健体，对于提升技术和培养兴趣爱好具有重要意义。

不仅如此，乒乓球机械臂是为模仿人打乒乓球动作而制造的机械臂，是人形机器人研究领域的重要组成部分。对于迅速反应的仿人型机器人手臂的研究，在制造业、农业、航空航天领域等方面都有极大的价值，模仿人打乒乓球的机械臂，自然也可以模仿人做其他工作，提高工作效率。

2． 国外的研究现状分析

人们自1983年开始，将机器人应用在乒乓球运动中，先后有很多科研机构和学者对乒乓球机械臂及其相关领域进行了研究；1983年,由英国 Portsmouth 大学的 John Billingsley 教授^[1]提倡机器人乒乓球比赛，并制定了特定的规则；1987年，在美国的贝尔实验室，Russell Andersson等研究员开始进行乒乓球机械臂的研究^[2]。他们采用PUMA260机械臂，研制了一个比较完善的乒乓球机器人系统，实现了乒乓球人机对打；1993年，瑞士联邦理工学院设计出了一个具有六个自由度的乒乓球机械臂系统，并以此赢得了一场乒乓球比赛；2002年，日本大阪大学的相关研究人员以PC机作为中央处理器，采用60帧频率的高速摄像头作为双目视觉，研制了四自由度乒乓球机器人^[3] 2011年日本名古屋大学 Akira Nakashima 研制的一套机器臂击打乒乓球的系统, 能够控制机械臂击打乒乓球到指定落点,成功率在 58%；2012年德国达姆施塔技术大学的Katharina Muellin和她的团队利用Barrett Technology 研制的 WAM 型 7 个自由度机械臂完成乒乓球击打。

3． 国内的研究现状分析

自2004年起，浙江大学先后研发了四种型号的乒乓球机器人，为国内的乒乓球机器人领域做出了突出贡献^[7]；2010 年,中科院自动化所研制的乒乓球机器人,有 5 个自由度,使用双目视觉,可以与人对打 50 回合；2011 年,浙江大学智能系统与控制研究所机器人实验室研制的两个仿人机器人"悟"和"空"实现人与机器人、机器人与机器人对打,其中机器人与机器人对打可以达到 176 次。该仿真机器人尤为突出，可迅速完成对球的位置、速度、角度、运动轨迹和落点的计算，并计算出最优的应对路线和最佳回球姿势，把球准确的回击到对方球台，对落点的判断误差不到 2.5 厘米^[18]；2013年,哈尔滨工业大学李志奇等研制7个自由度和2个摄像头的乒乓球机器人系统。

近几年，机器人技术不断发展，新一波乒乓球机械臂的研究热潮相继涌现。这些研究围绕着模拟人类进行乒乓球运动时手臂的姿势和动作来展开，采用与人相同的乒乓球运动规则，同时也将标准乒乓球桌作为乒乓球机械臂的运行环境，逐步实现与人进行乒乓运动的功能。

2. 研究的基本内容与方案

1． 研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施