随着社会的发展和科技的进步,机械臂已经成为重要的生产力工具,但是随着现在机械臂在各行各业的普及,对机械臂的设计提出了更高的要求,基本上都向着模块化、轻型化的方向发展。模块化机械臂是集通讯、控制、驱动、传动于一体的模块单元组合体,能根据任务需要,重新组合成任意构形的机械臂。由于模块化机械臂具有广泛的适应性和便携的可重构性,因此本文基于此设计了一款轻型的模块化机械臂,其主要研究内容如下:首先,完成了机械臂的构形选型,确定了机械臂的DH参数。根据机械臂的总体设计指标完成了对机械臂的构形筛选,对空间坐标系之间的描述和变换进行了分析,并对该构型的机械臂进行了运动学求解,包括正解和逆解两部分,然后通过蒙特卡诺法和机械臂正运动学推导完成其可达空间的分析,并综合仿真的可达空间和指标的可达空间,确定了机械臂的连杆长度。其次,完成了对机械臂的模块化设计,并对其关键部件进行了应变分析。完成了机械臂的关节模块设计和连接件模块设计,并对设计好的关键部件进行应变分析,主要是对平行关节之间的连接件进行了应变分析,判断是否符合设计指标要求,然后完成了对整个机械臂的组装,完成其装配图。然后,完成了对机械臂的控制系统设计,包括硬件设计部分和软件设计部分两部分。硬件设计部分包含了对机械臂进行受力分析、器材选型、选型验证和电路设计;软件设计部分完成了对电机控制方式的分析,对机械臂轨迹规划算法的分析,并完成了两套控制台的设计,一套是基于VC6.0的控制台,另一套是基于ARM11嵌入式的控制台。最后,完成了对机械臂逆解和轨迹规划算法在仿真系统上的验证和对机械臂关节的实验验证。控制台仿真系统完成了对机械臂的逆解求解,并在三维虚拟环境中以三维动画的形式展示出机械臂轨迹规划的运行状态。通过实验完成了机械臂各个关节的基本指标进行了分析,并对其中一个关节进行了基本性能的测试和点到点的测试。关节的基本性能测试包含关节的力矩测试、关节的速度测试和关节的位置误差测试,点到点测试时通过给定起始位置和目标位置,指定电机的加速度、加速度、速度,使关节在规定时间内完成点到点的运动过程。