本文结合国防科工委“十一五”计划基础研究项目“微小型地面机器人轻型智能手臂的研究”，从提高轻型臂负重／自重比、降低其功耗的角度出发，设计了四自由度的轻型机械臂电气系统解决方案。　　设计中引入分层控制的思想，该硬件结构将基于FPGA的关节控制器集成在轻型臂根部实现所有的底层操作，包括传感器采集、数据融合和电机控制；底层设计了以IR2130为核心的电机驱动模块；将基于PCI总线的DSP/FPGA控制板作为上层控制器，实现轨迹规划、运动学和动力学等计算，其中的FPGA主要实现通信接口，使DSP能更加高效的处理复杂算法；使用CAN高速串行总线，实现上下层通信；本文设计了一套开关电源和线性电源相结合的电源系统来为系统供电；整个轻型臂采取关节内部走线；并为本轻型臂的上、下层专门编写了其控制程序。　　针对加速度突变将引起控制力矩突变这一情况，详细设计了仅给定两点位置和速度情况下具有加速度导数连续且其阈值可控的离线轨迹规划方法，确保机械臂在自由空间能够快速平稳的操作。根据滑模控制的特性，建立起轻型臂单关节动力学模型，设计关节空间滑模控制算法，获得了速度、位置双闭环控制，并根据实验结果修正原滑模控制器参数，获得了更好的实验效果。　　试验结果表明，本设计的新型轨迹规划算法能保证加速度的导数连续，能够使机器人获得更高的跟踪精度，减小冲击；上位机通过CAN总线利用滑模控制算法能够控制轻型臂各关节电机稳定的运行，并使其精确的追踪给定的轨迹，系统性能满足设计要求。