打乒乓球机器人机械系统设计_本科论文
乒乓球机器人视觉系统
视觉伺服系统的要求
1.摄像机连续捕获球飞行的图片。 2.处理器及时处理由摄像机捕获到的图片， 通过一定的方法检测出球在图片中的区域。 3.通过某种算法得到乒乓球的三维位置。 4.实现对乒乓球的跟踪，并处理获得球飞行 的速度信息。 5.通过一定的预测算法得到球未来飞行的轨 迹信息，并提供给击球机械手的控制器。
视觉系统结构类别
2.双目视觉系统 双目视觉系统是模仿人眼的一个视觉系统，在乒乓 球机器视觉伺服系统中应用得最为广泛。双目视觉 有较多的优点： 一、和人眼定位原理相近，利用左右摄像机的时差 对目标物进行定位，是仿人机器人的重要部分； 二、定位精度相对较高，对周围环境系统的要求较 低，系统的抗干扰能力较好； 三、系统实现的代价不高，目前主流的处理器已能 顺利完成两个摄像机图像的高速采集和处理
摄像机的选择要求
帧频——尽量高 颜色——彩色较为优越 像素——在保证帧率满足要求的情形下，选择尽量 大像素值的摄像机 传输接口，镜头——通光量较大比较合适
处理器及平台的选择要求
选择比较高运算频率的处理器
视觉系统结构类别
1.单目视觉系统 单目视觉系统的特点是 系统简单、成本小、计 算量小适合初步研究选 用。单目视觉系统的定 位需要借助于外界环境 的其他信息，比如确定 位置光源、影子等。
乒乓球机器人系统组成
1.机械系统 机械系统为一个机械臂，该机械臂一般包含 四到五个自由度，其中两到三个移动自由度 实现球拍的定位，另外两个转动自由度控制 球拍的姿态，在机械臂的末端安装乒乓球拍。 机械臂可以在一定的范围内以灵活的位姿和 速度运动，避免了人击球时的正反手问题。
乒乓球机器人系统组成
2.视觉系统 视觉系统有单目视觉和双目视觉，即利用一 个或两个摄像头模仿人的视觉能力，摄像头 视域覆盖整个乒乓球台，可实现较大范围工 作空间观察，从而对高速运动的乒乓球实现 视觉检测，以便及时预测乒乓球的运动轨迹。
智能一体化乒乓球陪练机器人结构设计
智能一体化乒乓球陪练机器人结构设计作者：王辉姬美玲余见宋嘉林浩鹏来源：《今日自动化》2022年第03期[摘要]文章主要設计制造了一种多功能乒乓球发球机器人，创新性地采用变胞机构实现常规乒乓球发球机难以达到的墙角、墙边拾球功能。
文中主要论述机器人的机械结构、工作方式及控制系统。
机器人由四大系统即收球、运输、发球装置组成，动力系统以麦克纳姆轮作为主要动力元件。
收球方式上，利用三叶板与挡板相结合，在不同情况下采用不同方式进行收球，可以做到特殊位置球的收集。
发球方式的多样化由摩擦轮转速及升降平台共同决定，实现不同强度的训练。
[关键词]变胞机构;拾发一体;升降剪叉[中图分类号]G846 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–00–04Structural Design of Intelligent Lntegrated Table Tennis Sparring RobotWang Hui，Ji Mei-ling，Yu Jian，Song Jia，Lin Hao-peng[Abstract]This paper mainly designs and manufactures a multifunctional table tennis service robot. We innovatively use the metamorphic mechanism to complete the function of picking up the ball at the corner and the edge of the wall， which is difficult to achieve by conventional table tennis server. This paper mainly discusses the mechanical structure， working mode and control system of the robot. It is composed of four major systems， namely ball collection， transportation and service devices. The power system is made of Mecanum wheel as the main power element. In the way of collecting the ball， the combination of the three-blade plate and the baffle plate is used to collect the ball in different ways under different circumstances， so that the collection of the ball in a special position can be achieved. The diversification of serving methods is jointly determined by the rotational speed of the friction wheel and the lifting platform to achieve different intensities of training.[Keywords]metamorphic mechanism; hair-picking integration; lifting scissors1 概述随着生活质量的日益提高，人们更加注重身体健康，因此对运动过程的体验提出了越来越高的要求，希望通过运动提高身体素质，放松心灵，同时也能缓解压力。
乒乓球自动发球机计算机控制系统的设计
要
为了使练习者能更好地学习乒乓球技术以达到健身和训练的目的， 本文针对乒乓球发球的特点， 从总体上设计了一种新型的乒乓球发球机:自动乒乓球发球机。 本文综述了国内外乒乓球发球机的现 状，对已有发球机的机械结构进行分析，根据所需实现的功能，提出了改进的设计方案。针对该发 球机发球装置的缺陷，采用对转双轮的发球原理，使其能够实现旋转球和不旋球的发射;考虑原摆动 装置的机械结构繁琐，不宜进行自动控制，对其进行了改进设计;此外，增加设计了升降装置，使发 球功能更完善。根据乒乓球飞行过程的受力分析建立了数学模型，分析了控制落球点各参数的合理 取值范围，得出其相互制约关系。论述了该自动乒乓球发球机的设计思想、工作原理、结构特点及 控制系统，并详细介绍了该控制系统的设计过程，具体包括外围设备的选择、电动机的选择、PWM 驱动器的选择等，论证说明了该控制系统的可靠性。 改进后设计的乒乓球发球机是一种新型的、性价比高的自动型发球机，它可以发出各种适合练 习者需要的球，利用计算机对各种球的速度、角度、旋转进行控制，以满足练习者的不同技术需求。 同时设置了随机发球模式，对发球速度、发球角度和发球高度等参数进行随机化，实现落球点的随 机变化。
II
目录
摘 要......................................................... I ABSTRACT...................................................... Ⅱ 目录........................................................... I 第一章 绪 论 ................................................... 1
自动拾取乒乓球机器人的机械结构设计
自动拾取乒乓球机器人的机械结构设计刘仕文（东莞理工学院城市学院，广东东莞523419）在乒乓球场上训练或比赛的时候，地面上肯定会有很多出界和无效的乒乓球。
目前，主要还是通过人工的方式来捡球和送球，这明显降低了工作的效率和提高了工作人员的劳动强度。
虽然已经有很多智能机器人被应用到我们的日常生活中，但是并没有被专门应用于乒乓球场上的机器人。
因此，如果能将智能机器人应用于乒乓球场上，实现捡球和送球的自动化，其必将大大提高该工作的效率和降低工作人员的劳动强度。
本自动拾取乒乓球机器人主要应用于乒乓球训练场或比赛场上，其主要功能是自动拾取乒乓球。
该自动拾取乒乓球机器人的工作流程如下：当自动拾取乒乓球机器人通过声控装置自动识别并接收到运动员发出的捡球命令后，首先采用图像识别技术自动识别乒乓球的方位，接着对乒乓球的位置分布作一个最优的行程判断，然后再走到乒乓球所在的地方，最后将乒乓球捡起并放进存放腔中；当机器人接收到由运动员发出的送球指令后，再自动把乒乓球送给运动员。
为便于读者更好地理解机械结构的设计思路，本文从一开始就引入总体设计方案，然后对各主要机构进行详细的设计和分析，最后介绍设计的总体效果。
1总体设计方案1.1行走方式机器人行走机构的分类和特点如表1所示[1]。
由于乒乓球场一般都比较宽敞，且地面比较平整，所以选择轮式行走方式比较合理。
而且，轮式机器人的设计和制作过程相对其它类型机器人较为简单，其自动控制系统的设计也相对容易。
1.2捡球方式捡球方式有两种可供选择的方案。
一种方案是设计一个机械手，直接将乒乓球抓取起来，再将乒乓球放到存放腔中；另一种方案是仿照吸尘器的原理，将乒乓球吸起来，再存放到存放腔中。
如果设计一个机械手直接抓取乒乓球，则需要设计的活动关节较多，所设计的机构将较为复杂，而且在自动控制方面也较难处理。
由于自动拾取乒乓球机器人作用的对象是乒乓球，其重量较轻、体积较小，因而比较容易吸取。
因此，本设计采用第二种方案。
乒乓球自动发球机的设计
乒乓球自动发球机的设计摘要乒乓球发球机是一种自动控制发球的机器，可用于训练。
它通常由一个电动马达驱动，有一个或多个旋转发球轮，轮子上面带有固定的高度和旋转速度的球，可以模拟真实比赛中的发球场景。
乒乓球发球机能提高球员的反应能力、击球技术和运动感知能力，使他们的训练更加精确和有效。
此外，这种机器也可以用于比赛或娱乐活动，让乒乓球爱好者享受到更有趣的体验。
介绍了乒乓球发球机的种类、优势及存在的问题，并设计了一种以乒乓球发球取球为原理的乒乓球发球机。
运用齿轮与弹钩相结合的方法，设计了一种新型的乒乓球发球机，并通过三个收球槽滚子的转动来完成发球。
在此基础上，以AutoCAD 为工具，进行了乒乓球发球器零件及装配体的三维图纸设计。
这种发球器结构简单，体积适中，拆装方便，可发出不同角度，不同速度，不同转速的球，适合各个年龄段使用。
关键词：乒乓球发球机设计结合1绪论1.1论文选题的根据和研究意义乒乓球作为一项世界范围内广泛普及的运动，其技术含量和观赏性都得到了人民广泛的认可和喜爱。
在乒乓球运动中，发球是取胜的关键之一，尤其在高水平比赛中更是如此。
然而，人工发球存在不可避免的局限性，如难以实现高速度和高精度的发球等，这就需要乒乓球发球机来满足这些要求。
因此，设计和研究乒乓球发球机具有重要的实际应用价值和研究意义。
乒乓球发球机可以帮助球员在任何时间、任何地点进行训练，提高球员的技术水平和反应能力。
同时，发球机还可以让乒乓球爱好者更好地享受乒乓球运动的乐趣，尤其是那些无法找到合适的对手进行训练的人群。
此外，乒乓球发球机还可以为乒乓球赛事的比赛、测试等提供可靠的数据支持，可以使比赛更加公正、客观，也为乒乓球技术的研究和发展提供了基础条件。
因此，乒乓球发球机的设计和研究具有广泛的应用前景和研究价值。
设计出高质量的乒乓球发球机，不仅能满足乒乓球爱好者的需求，也可以为乒乓球竞技运动的进步做出贡献。
此外，乒乓球发球机的设计与制造涉及到机械、电子、控制等多个学科领域的综合应用，因此，它还可以为相关学科领域的教学和科研提供实践基础和应用场景。
工业机器人--乒乓球拾取机器人
知识技能设计大赛--乒乓球拾取机器人设计By高二（14）班吴俊琨乒乓球拾取机器人一，总体方案设计：由于要使用乒乓球拾取机器人的场所多为乒乓球赛场，而赛场一般比较宽敞，且地面平整，而且乒乓球形状规则，体重轻，为了设计小巧简便的乒乓球拾取机器人，首先要选择合适的机械臂的运动形式。
我选择圆柱坐标型机械臂。
它所占空间较小，工作范围较大，动作比较灵活，且结构相对简单。
另外，乒乓球在比赛场分布散乱，需要乒乓球能够识别乒乓球的位置，然后运动到合适的位置，然后拾起，然后放到合适的位置，为了提高效率，乒乓球机器人自身带一个装球篮，这样机器人可以拾取多个球后再运到合适位置，由操作人员把乒乓球放到合适的位置。
综上机器人的总体方案图如下二，驱动形式：乒乓球体拾取机器人拾取的对象乒乓球体重轻，所以机器人的转动，提升以及机器人的行走可以使用电动机带动，不仅响应快，环保，而且结构简单。
并且液压驱动可能会有液压油泄露，给比赛场地带来污染。
对于小臂的伸缩，也可以使用齿轮齿条，小臂结构小，使用齿轮齿条会使制作更不方便，而用气动可以很方便的解决。
最后，机器人的手部，由于拾取的乒乓球形状规则，体重轻，可以使用吸盘式的机械手，这时采用气动可以方便的实现吸盘的动作，并且气动响应快，可以提高效率。
综上机器人的腰部转动是通过电动机带动齿轮的转动，肩关节的上下移动是通过电动机转动啮合齿条来实现的，小臂的伸缩是通过气动来实现的，手部对乒乓球的拾起，放下是通过启动来实现的。
下面分析一下机器人的行走装置的驱动方式：乒乓球拾取机器人是轮式行走装置，为了实现拾取整个场地的乒乓球，转弯是必须的，所以我采用的行走形式是：两个后轮驱动，一个前轮导向。
其结构如下图对于后轮，电机带动齿轮1转动，齿轮1再带动齿轮2转动，齿轮2带动主轴转动，带动锥齿轮的转动使两后轮转动，机器人行走对于前轮，电机带动带轮的转动，使得前轮转向，实现机器人的转向。
三．机器手臂对于直角坐标型机器臂，这种机器臂臂部由三个相互正交的移动副组成。
智能乒乓球陪练机器人结构设计
机械设计与制造工程Machine Design and Manufacturing Engineering 2020年11月第49卷第11期Nov. 2020Vol. 49 No. 11DOI ： 10. 3969/j. issn. 2095 - 509X. 2020.11.010智能乒乓球陪练机器人结构设计李小康，赵险峰，胡述祥，王宇杰(武汉轻工大学机械工程学院，湖北武汉430048)摘要：论述了智能乒乓球陪练机器人的研究现状，并对两种现有的拾发乒乓球机器性能进行比较 分析,创新设计了一款一体化拾发乒乓球机器人。
该装置由收球机构、存储运输机构和发球机构组成。
4个麦克纳姆轮不同转向和转速的组合使机器人能在球场内全方位移动；差速器和电磁制动器形成的2自由度变胞机构控制锥齿轮机构和链轮链条机构，通过柔性三叶板和弧形扌当板配 合的滚轮式收集方法来收集空地以及墙边、角落的乒乓球。
可实现多球路变化的发球方式，并通过控制双轮的转速及旋向来适应不同的训练对抗强度。
分析表明：该机器工作效率高，于多种场合，具有较高的市场和。
关键词：拾发球机器人；变胞机构；胶轮摩擦;丝杠剪叉机构中图分类号:TH122文献标识码:A文章编号：2095 -509X (2020) 11 -0049 -04中国是一个乒乓球大国，有众多乒乓余爱&乒乓 、健脑 心,是一项非常普及的运动。
因项运动需要至少两个人完成，所以在对手的内，要想进行这项运动非常困难。
在提高技术 方面，仅仅 人与人之间的训练不仅耗时，达到良好的重复性训练 ， 技术 的提升速度 缓& 时 的拾 及陪练的 度、角度、向和远近距离的性,极大地削弱了大家的训练兴趣。
而智乒乓球陪练机器人的诞生可以地，它拾球、运、 于身，不同的捡球方式可它 同的 ，任方位、速度、旋向的 方式 训练更加灵活、多样， 达到最好的训练'1'2(&表1市场上拾发乒乓球机器性能分析产品图样性能分析该产品为国内某高校设计的一 款拾发乒乓球机器，利用皮带弹性拾球，采用对转双轮发球，结 构简单，轻巧灵敏，但是 方式 ，效率不高，储存球量不 多。
写一篇400字乒乓球拾球机器人本体设计的主要内容
乒乓球拾球机器人本体设计的主要内容乒乓球拾球机器人是一种能够自动拾取乒乓球的机器人，它可以帮助乒乓球训练者省去大量的弯腰拾球时间，提高训练效率。
乒乓球拾球机器人的本体设计是整个机器人的核心，它决定了机器人的稳定性、灵活性和使用寿命。
本文将从材料选择、结构设计和功能布局三个方面阐述乒乓球拾球机器人本体设计的主要内容。
一、材料选择在乒乓球拾球机器人本体的设计中，材料的选择至关重要。
本体需要具备一定的强度和耐磨性，能够承受长时间的工作和频繁的撞击。
材料的轻量化也是考虑的重要因素，可以减少机器人的自身负荷，提高机器人的灵活性和移动速度。
常用的材料包括优质塑料、铝合金等，它们具备较好的强度和轻量化特性，非常适合用于乒乓球拾球机器人本体的设计。
二、结构设计乒乓球拾球机器人本体的结构设计要考虑到机器人的稳定性和灵活性。
机器人需要在运动中保持稳定，同时具备一定的灵活性，能够快速移动和自由转动。
在结构设计上，一般采用多关节、多自由度的机械臂结构，可以实现机器人的灵活移动和准确拾球。
结构的稳固性也需要得到保障，可以采用加固支撑的设计，确保机器人在工作中不会出现晃动和倾倒的情况。
三、功能布局乒乓球拾球机器人本体的功能布局是整个机器人设计的核心。
机器人需要根据乒乓球的位置快速移动和准确拾球，因此需要在本体上布置传感器和执行器，并通过控制系统实现自动化控制。
传感器可以感知乒乓球的位置和运动轨迹，执行器可以帮助机器人快速移动和灵活操作，控制系统可以实现机器人的自主控制和协调运动。
通过合理布局和精准控制，乒乓球拾球机器人可以完成快速、准确的拾球任务，提高训练效率。
乒乓球拾球机器人本体设计是整个机器人设计中的关键环节，它需要考虑材料选择、结构设计和功能布局等多个方面，确保机器人具备稳定性、灵活性和高效性能。
希望本文的介绍对乒乓球拾球机器人的设计有所帮助，能够为乒乓球训练提供更多的技术支持和便利。
第一、材料选择除了强度和轻量化外，材料的耐腐蚀性和耐磨性也是乒乓球拾球机器人本体设计中需要考虑的因素。
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打乒乓球机器人机械系统设计黄金梭（机械与汽车工程学院指导教师：段福斌）摘要：本篇设计在介绍乒乓球机器人的发展状况以及研制乒乓球机器人的意义后，提出了一个乒乓球机器人的设计方案。
根据技术参数的要求，进行了一些重要结构和零部件的设计计算。
同时也参考了前人的成功范例，进行次要零部件的设计、制图。
整机制造装配完成后，经测试满足人机对打的设计目标。
关键词：机器人；乒乓球；机械系统Abstract:In this design, a method of designing the table tennis robot is proposed after we decribe the current situation of the table tennis robot’s development and the meaning of designing the table tennis robot. The design and calculation of some importmant mechanisms and componants are made according to the requirement of the technical parameter. At the same time, we also study the robots as reference which were already developed succcessfullly by the predecessors to design and draw the subordinate componants. After the manufacturing and the assembling of the whole machine, we test the robot and find that it meet the target of man-machine Ping-Pong playing.Keywords：Robot；Ping-Pong；Mechanical System第一章绪论1.1 课题背景作为一门发展迅速的新兴学科，机器视觉识别技术正在越来越多的领域得到了非常广泛的运用。
在过去，通常是用人眼对目标进行识别、跟踪和分析。
现在，由于视觉识别技术的发展，可以用摄像机和计算机代替人眼实现生产更高程度的自动化。
随着电子计算机科学，图像处理技术，模式识别技术与理论的迅速发展，机器视觉的实际研究与应用价值正日益得到重视，并不断在许多领域取得骄人的成果。
如物流系统运用视觉识别技术对货物进行自动识别，大大提高了生产效率；机器人配上识别系统，可以在不需要人参与的情况下进行更多过去无法完成的任务等等。
可见，对如此重要的视觉识别学科的研究是具有非常大的理论和现实意义的。
当然，这种学科的研究必须有一个实验台架，来检验和调试视觉识别系统的视觉识别、轨迹分析和电气控制系统水平高低，这种实验台架就是一台乒乓球机器人。
鉴于此，本文涉及的主要内容就是设计该乒乓球机器人的执行机构，以便展开对视觉识别系统的研究。
1.2 研究意义任何学科的发展都与当时的环境和条件紧密相联。
打乒乓球机器人系统也是一样，在人类进入工业社会以后，出于对生存与发展的需要，人们开始尝试使用更先进的设备和技术来处理日常生活中遇到的问题。
例如在乒乓球运动训练中，如果打乒乓球机器人的机械系统发展成熟，那么它可以代替教练训练乒乓球运动员，也可以设计出一些高水平的机械系统，进行一些高难度训练等等。
总之，如果能研发出更加完善的视觉识别和分析系统，就可以使机器人实现更快更准完成击球任务。
这样，它将来就可以代替人类教练员。
正是出于此目的，我们设计出了这台实验架，也就是视觉识别和分析系统的执行机构。
1.3文献综述机器人的发展可以说是日新月异,机器人技术的进步也是前所未有的,而娱乐机器人的发展那更是层出不穷,乒乓球机器人也可谓是典型的娱乐机器人的一种。
机器人乒乓球运动自1983年由John Billiney首次提出倡议后，已在1985~1988年间在欧洲成功举办了四届比赛。
在参赛的历届机器人中，我们发现它们的视觉识别和分析系统呈现出越来越成熟的态势。
而当今该部分的研究也成了国内外关注的焦点，也是打乒乓球机器人技术的关键。
在这样的情况下研制出一台实验架，也就是视觉识别和分析系统的执行机构，来改善视觉识别和分析系统具有重要的意义。
接下来将要综述国内外乒乓球机器人的现状。
国外：乒乓球机器人运动最早是由John Billingsley提出的，乒乓球机器人技术在国外也已经发展了二十多年了。
比较早的乒乓球机器人的球拍自由度数，如Andersson所提出的是5个自由度，这种机器人就需要五个电动马达。
Fumio Miyazaki，Masahiro Takeuchi ，Michiya Matsushima，Takamichi Kusano，Takaaki Hashimoto等人提出，可以通过四个自由度就能完成击打任务，其中两个用于XY平面内的移动，两个用于球拍姿态的控制。
日本科学家F. Miyazaki; Y. Masutani; E. Hirose; D. Nakamura; N. Sato在State estimation of a spinning ball using LWR (Locally weighted regression)一文中提出，他们的机器人具有学习能力的机械系统可以预测任何旋转球的飞行轨迹，因此可以与人类进行对打。
Yoshirou Hatada; Hiroyuki Miyamot等人在“A ping-pong robot which learn from failure”一文中提到，通过调整球拍的角度和位置就可以顺利地击回来自任何方向的乒乓球。
Michiya Matsushima“Takaaki Hashimoto; Masahiro Takeuchi; Fumio Miyazaki在A Learning Approach to Robotic Table Tennis”一文中提出，他们有一种控制机器人的方法，可以让机器人把球击回到一个预定的点，他们的方法同样也可以使机器人根人类对打，并有很好的效果。
下面这些图片是国外研制出的部分不同种类的乒乓球机器人：表1.1 国外机器人国内：丁敬林在“Balancing of a inverse pendulum with a ping-pong ro bot”一文中提出，在联邦技术研究院机器人研究所已经开发出一个可以打乒乓球的机器人，这种机器人带一个视觉系统，它借助于一个图形处理系统可以检测乒乓球的运动，而作者提出了一个可以平衡倒摆的方法。
西北纺织工学院的袁建畅在“乒乓球机器人腕部结构的研究”一文中提出了一个在瑞士苏黎世高等工业学院机器人研究所研制的机器人的基础上对腕部经过改造的机器人，它的性能比原来更加完善。
韩同康; 蔡振华; 尹霄等人在“乒乓球机器人在乒乓球训练中的应用”文章中论述了乒乓球机器人在国家男子乒乓球队主力队员中应用于辅助训练的可行性与必要性。
浙江大学的洪永潮在“基于PC的七自由度乒乓球机器人伺服控制系统的研究”中提出了七自由度乒乓球机器人的机械系统,从自由度的选择到各个关节驱动电机和执行机构的选择、再到PCI卡的选择,接着利用所设计的机械系统对多自由度的机械手进行动力学建模。
并在动力学建模的基础上对伺服控制系统进行设计,从伺服电机的控制到舵机的控制,从乒乓球机器人拍子的位置控制到拍子的姿态控制和对乒乓球被击打后运动轨迹的分析。
在控制系统软件设计这块,由于该系统是一个实时响应能力要求很高的实时控制系统,而乒乓球机器人对定时器的控制要绝对精确,时间误差最好能控制到毫秒级,设计采用了依赖于Pentium芯片内建的一个计数器实现精确定时。
国内研制出的机器人图片资料如下：图1.1 浙江大学研制的机器人结束语：总的来说，国内乒乓球机器人技术发展还不如国外的成熟，但在世界上，在这块领域还留有很大一块空白。
尤其是在视觉识别和分析系统的执行机构上面的改进正是我们所要研究的方向。
本文就是从这个方面着手，设计一个实验台架，来完成该执行机构的改进。
1.4技术要求要求电机能在0.2s~0.3s的时间内把球拍移动速度加速到3m/s。
球拍的移动范围：X方向上至少在1700mm，Y方向上至少在1500mm。
第二章方案设计2.1总体方案设计在乒乓球桌内，乒乓球机器人的机械系统应该能够根据乒乓球落球点的不同，使球拍迅速移到对应的位置，并根据乒乓球的旋转与否来调整球拍的姿态。
对于其球拍的位置，是可以在桌面所在平面内用XY坐标来表示的。
也就是说，球拍的位置是随着XY 值的变化而变化的。
显然，乒乓球机器人的机械系统在球桌平面内存在着两个自由度。
对于其球拍姿态的调整，根据乒乓球运动学知识可知，球拍应当可以产生侧向倾斜，利用倾斜时的球拍面与球之间产生摩擦作用，进而来正确地处理旋转球。
而球的旋转又是多种多样的，它可以是简单的上旋球、下旋球，也可以是较难的左旋球、右旋球，甚至是任意方向的旋转球。
这就对本机械系统提出另一个要求：球拍可以根据旋转方向的不同，拍面的倾斜角度也应该是任意调整的，例如以下简图中的姿态①和②：图2.1 自由度分析图1要想实现类似上述角度以及任意姿态的调整，仅仅靠一个自由度肯定是无法做到的，即用一个电机去驱动来调整球拍不可能成功处理任意旋转方向的乒乓球。
而我们方案选择的原则是在可行性前提下越简单越好，自由度越少越好。
前面已经分析，靠1个自由度的方案已经不可行，接下来分析利用两个自由度的方案，即用两个电机驱动来调整。
其实在一个空间中，任意倾斜角度的调整可以通过使球拍绕N条轴旋转而得。
只要这些旋转中心轴的数量N确定了，那么调整球拍姿态所需自由度就可确定。
下面通过建立一个如图2.2所示的空间模型来说明旋转中心轴的数量N=2的确定图2.2 自由度分析图2由图2.2可以看出，只要两个电机按照图示位置放置和按照图示方向绕转一定的角度就可以把球拍调整成图2.1中的姿态②。
几何分析可以证明，只要两个电机协调运转，是完全可以把球拍调成需要的姿态的。
综上所述，该乒乓球机器人只需要4个自由度即可以能满足打乒乓球任务的要求。
其中在球桌平面移动有两个自由度，要求有两个电机驱动；球拍姿态的调整需要两个自由度，也由两个电机驱动。
按照前面的分析，给出总体示意图如下：图2.3 总体方案示意图对于该总体方案，我们将在接下来的两节中详细讨论如何去实现这些自由度，给出具体的方案设计。
2.2球拍位置驱动方案设计在进行具体方案设计前，有一点非常明确，各个机构之间要想有确定的相对运动关系，那么有多少个自由度，就必须有多少个原动机。