自从1983年出现了机器人乒乓球运动之后,先后有很多科研机构进行了乒乓球机械臂的研究,取得了丰富的成果。但是,很多机械臂在运动中采用较小的乒乓球桌面,属于旧式机器人乒乓球比赛的范畴。当前的乒乓球机械臂都采用标准规则,需要更大的工作空间和更快的速度,这给机械臂的控制和轨迹规划等方面带来了新的挑战。为此,本文根据国家863计划“仿人机器人高性能单元与系统”重点项目的要求,为一条七自由度机械臂设计了电气控制结构,实现了手臂DSP+关节FPGAs控制器的分层控制。根据手臂电气系统的任务,设计了关节电气系统,用FPGA作为核心控制器,利用关节拥有的传感器,实现了速度信号的MT法测量和电机的SVPWM驱动。接着,建立了手臂的DH坐标系,求解了速度逆解;基于Masayuki提出的参数化求解思想,定义了适合于本机械臂构型的臂角参数,推导了本机械臂的逆运动学解的参数形式的解析表达式,并在此基础上提出了一种参数化解析解和搜索相结合的优化方法,实现了逆运动学解的快速优化。然后,针对乒乓球运动的特殊要求,提出了一种固定时间梯形加速度规划方法。这种方法对电机驱动能力利用充分,同乒乓球机械臂中经常使用的五次多项式规划相比,具有更高的规划成功率和更好的跟踪精度。通过仿真和实验验证了这种轨迹规划的性能。最后,为手臂设计了PD+重力补偿+摩擦补偿的控制器;建立了仿真用的正逆动力学模型,计算了重力补偿量;利用电流传感器和电机的SVPWM驱动方式,辨识了摩擦参数;通过仿真和实验验证了所设计的手臂和手臂控制器的性能。