月面采样机械臂用来采集月球表面的月壤样品，此机械臂除了具有常规机械臂具有的高度耦合和非线性特性外，还具有关节柔性大的特点。本文基于中心自主研发的五自由度采样机械臂，对其进行控制系统设计。首先，设计机械臂控制系统。本机械臂控制系统采用模块化的设计思想，传统的多轴集中控制已不适合。本文设计了基于关节控制器的分布式控制系统，各关节驱动器和上位机通过CAN通信联系起来。其次，对机械臂进行了运动学建模。以描述连杆机构的D-H方法为基础建立机械臂的运动学模型，并结合几何方法求解机械臂的运动学参数。机械臂的运动学包括前向运动学和逆向运动学，前向运动学用D-H方法建立模型，逆向运动学以几何方法建模。再次，建立采样机械臂关节的非线性摩擦模型。应用卡尔曼滤波与牛顿预测相结合的方法估算采样机械臂关节的角加速度；应用电流采样电路采集电机的电流。将估算的角加速度和采集的电流带入推导出的摩擦力矩计算摩擦力矩。根据得到的摩擦力矩与关节转角之间的关系，拟合出基于指数摩擦模型的机械臂关节非线性摩擦模型。再次，设计机械臂控制系统的硬件与软件。参照常规机械臂控制节点的设计方法，并结合自身的需求，设计了包括电机驱动、角度检测、电流检测和CAN通信的机械臂关节控制器硬件。在硬件电路的基础上设计机械臂关节节点控制算法，并根据机械臂的实际需求编写基于VC++的机械臂控制系统界面。最后，本文开发设计的机械臂控制系统可满足月面采样机械臂原理样机的采样要求。采样机械臂原理样机在1:1着陆器与上升器组合模拟平台上的理想工况和极限工况的采样转移实验取得成功，证明了本文设计的机械臂控制系统的合理性与可行性。