人类一直在研究让机器人能够从事人类的日常活动,如研究机器人走路、机器人烹饪、机器人踢足球等。颠球机器人是一个典型的智能实时系统,它涵盖了多项机器人研究领域的核心技术,如智能控制、机器视觉、机器学习等。对其研究,可以有效地推动机器人技术的发展,具有较高的科研价值。根据颠球运动的特点,设计了乒乓球颠球机器人的总体方案,包括机械结构、控制电路、机器视觉,控制算法四个方面。完成了5自由度机械臂的结构设计,包含3自由度定位结构和2自由度定向结构的设计。完成了控制电路的设计,包含主控系统设计和电源设计。通过深度相机获取了环境的颜色数据和深度数据。研究了基于颜色和形状特征的乒乓球识别算法,研究了手眼标定算法,建立了摄像机坐标系与机械臂坐标系的变换矩阵。根据乒乓球的受力特点,建立了乒乓球轨迹预测模型。为了实现稳定颠球,研究了一种颠球控制策略,建立了球拍姿态与速度控制模型。为了实现机械臂的控制,研究了机械臂的正、逆运动学模型,步进电机的运动控制,联动控制以及基于颠球任务的轨迹规划。设置了三个实验,用于测试机械臂定位精度、乒乓球轨迹预测精度以及自动颠球数目。实验结果验证了乒乓球颠球机器人结构的合理性,控制策略与控制模型的正确性。本文的研究对机械臂设计、运动目标检测定位、动态系统控制等领域的研究具有重要参考价值。