在机器人领域，运动学和运动规划一直占有重要的地位。无论是工业机器人，还是应用于空间探测的空间机器人，以及智能机器人，运动学都是必不可少的组成部分。为了增强机器人的灵活性，增加其自由度的数目，即引入冗余机器人，是最有效的方式之一，这使机器人要完成一项任务可以有多种选择方式。但是，自由度数量的增加也使求解机器人的逆运动学变得更为复杂，包括多个关节的耦合，逆运动学的多解问题，随之而来的是怎样在多解中寻优的问题。因此，研究冗余机器人的运动学有着重要的意义。这篇文章以仿人机器人对打乒乓球这一任务为载体，研究冗余机器人手臂的运动学求解及优化等相关问题。　　 首先引入了六自由度机器人手臂的作业空间的概念，并基于这一概念，通过对机器人手臂的空间构型以及由末端球拍的限定条件所带来的臂形约束，来分析仿人机器人手臂的作业空间。　　 然后从机器人手臂构型出发，面向乒乓球机器人作业需求，通过分析机器人构型与其转动惯量的内在联系，确定当机器人处于何种臂形时能够正常地完成击打乒乓球同时使逆运动学的解达到最优化。并在此基础上，再对机器人手臂的各个关节的角速度进行最优化求取。从而最终确定了机器人手臂的最优构型。　　 最后为了进一步改善仿人机器人对打乒乓球的效果，引入了七自由度的类人手臂，通过分析类人手臂构型特点，引入参考平面角，并以此为基础采用基于舒畅度的概念方法来分析及优化类人手臂的逆运动学，同时还通过建立与正雅克比矩阵相关的线性方程组的方法，对七个关节的角速度进行优化求取。经过实际的实验验证，证明了文章中介绍的分析方法的有效性。