近些年来,随着机器人技术和人工智能技术的发展,智能机器人逐渐走进人们的视野,智能体育机器人也开始从实验走向应用。乒乓球运动是一项在我国很受欢迎的体育运动,开展乒乓球机器人实验在我国有广阔的应用前景,乒乓球机器人研究涉及到机器视觉、深度学习、机器人控制等多种技术。本文以七自由度乒乓球机器人为研究对象,重点对乒乓球机器人系统中的视觉系统和控制系统进行研究设计,并对整个系统进行了实现。本文首先对乒乓球机器人视觉系统进行详细分析,然后按功能完成了视觉系统以下三个模块的设计。其中图像采集与相机标定模块完成了乒乓球运动图像的采集及相机的标定。在目标检测与坐标计算模块中,本文经过研究对比后,选择颜色分割对乒乓球进行目标检测,针对常规颜色分割方法速度慢的问题,设计了一种基于CUDA的并行化目标检测方法,提高了目标检测的速度。然后通过双目相机目标定位原理得到了乒乓球的三维空间位置。在乒乓球轨迹预测模块中,通过受力分析的方式建立了乒乓球的飞行模型,通过支持向量回归的方式建立了乒乓球的反弹模型,然后利用这两个模型完成了乒乓球轨迹的预测。本文采用七自由度机器人作为执行机构,通过对七自由度机器人运动学求解模块、机器人对乒乓球台避障路径规划模块、击球动作路径规划模块的详细设计,建立了乒乓球机器人的控制系统。七自由度机器人运动学模块是建立三维空间中击球点位置与机器人各个关节角度的对应关系。在机器人对乒乓球台避障路径规划模块中,本文通过对机器人与乒乓球台的相对位置进行几何分析,设计了一种确定目标点时机器人对乒乓球台进行避障的方法,然后通过对机器人的关节转动特性分析的方式,设计了机器人在击球过程中对乒乓球台进行避障的方法。最后通过设计机器人的击球路径来保证机器人可以具备一定的击球速度和方向。此外,本文基于MATLAB设计了七自由度乒乓球机器人三维模型,验证了控制系统各个模块的有效性。为了对整个系统进行实现,本文设计了视觉系统与控制系统的通信模块来完成两者之间的数据通信问题,然后针对机器人无法以固定姿态到达击球点的问题,本文设计了一种基于乒乓球位置进行击球姿态决策的方法。最后,本文搭建了基于KUKA LBR iiwa 7 R800机器人的七自由度乒乓球机器人实物系统,验证了各个模块设计的可行性。