乒乓球机器人是一个典型的智能实时系统,它涵盖机器人研究领域智能控制、高速视觉伺服、人机交互以及机器学习等一系列核心技术,研究乒乓球机器人,可以有效地推动机器人技术发展,具有较高科研价值。结合国家863计划先进制造技术领域“仿人机器人高性能单元与系统”重点项目,本文研究了与乒乓球机器人控制系统及其击打策略,实现了与人简单对打乒乓球。首先设计了一个乒乓球机器人控制系统,该系统由嵌入式处理器和FPGA的组成,组建了基于Socket和LVDS的高速通信网络。在此硬件平台的基础上,移植了VxWorks实时操作系统,编写了嵌入式实时控制程序。该系统具有体积小、集成度高、实时性好、通讯速率快的特点。为了实现六自由度机械臂的控制,研究了仿人形快速手臂的位置运动学与速度运动学及电机控制方法。用D-H法解出了逆运动学的封闭解析解,提出了矢量积法和定义法相结合的求解雅可比矩阵的方法,解出了其速度运动学;研究了五次多项式轨迹规划算法和基于状态观测器的PD控制,完成了电机的位置控制。为了完成与人对打,研究了乒乓球机器人的击打策略。采用系统辨识的方法精确地预测了乒乓球的飞行轨迹,分析了乒乓球与球桌碰撞过程;设计了基于SNTP的简单对时协议,校正了对时误差,实现了视觉处理计算机与控制计算机间的毫秒级精度的时间校正;研究了球拍主动出力的击球过程,建立了球拍击球的物理模型,根据来球速度和预计落点求解出了球拍的出手速度及击球姿态,实现了主动击球;最后完成了乒乓球击打三要素,即击球时机、击打点、击打姿态和速度的选择,并提出了任务级的轨迹规划,实现了安全准确地击球。最后,对文中的关键部分进行了实验验证,验证了控制系统的性能,进行了关节的位置控制实验,分析了乒乓球轨迹预测的误差,给出了乒乓球机器人击球实验,测试了机器人单次击球的准确率,并进行了与人多回合的对打,验证了本文设计的控制系统的有效性和击球策略的正确性。