机器人技术近40年来有了飞速的发展,已成为现代化高技术的重要发展方向之一。它涉及到精密机械、机构运动学、计算机科学、传感器技术、人工智能等多个学科。本文在根据工程训练中心生产实际的需求基础上,论述了当前机器人控制技术的研究现状和发展趋势,在此基础上进一步论述了机器人视觉伺服控制系统所面临的主要问题和发展前景,以此为基础,完成了掂球机械臂的设计和建模。提出了基于视觉的机械臂的总体方案,对掂球机械臂的机械系统进行设计,包括机械臂整体方案的设计,伺服舵机的选择,推力轴承的选择以及可编程控制器的选择,对掂球机械臂位置定位及球拍姿态定位进行了规划和设计。在完成上述机械方案的基础上,搭建了实验环境。完成了掂球机械臂机械系统的建模,根据机械臂的工作任务,对机械臂提出运动性能要求,进行机械臂运动学设计,建立了掂球机械臂的运动方程。对掂球机械臂进行求运动学反解,通过求解获得各个关节的运动参数,为系统控制提供依据。采用基于邻域法进行图像分割,对获取的图像进行中值滤波、灰度化处理,采用sobel算子来求梯度,成功地提取了运动物体的图像信息。进行图像边缘求取、细化和去离散点操作,设计了图像边缘求取算法,并获取物体的中心点。完成了掂球机械臂的控制系统的设计,规划了其软件的流程,完成了可编程控制器的控制系统分析和设计。通过对四自由度机械臂的大量实验,表明系统可以对球拍的位置和姿态进行控制。也能够通过图像识别和控制系统的结合实现击球动作。