随着科学的发展和技术的进步,移动机器人已经能够代替人类执行越来越多的任务了。本文设计了一个地面移动机器人用的轻型机械臂。本文在确定了机械手臂的构型和方案之后,采用标准的D-H建模方法,建立了机械臂的数学模型。对机械臂的正运动学进行了分析,采用解析法对关节角进行解耦运算,推导出了逆运动学的封闭解析解,并采用功率最省做为性能指标,确定了唯一解。使用基于Matlab平台下的Robotics Toolbox机器人工具箱对推导过程的正确性进行了验证与仿真。并根据关节的布置和运动范围确定了机械臂的工作空间。机械臂在结构设计上,采用了机电一体化设计思想,关节内部集成了多种传感器系统；并部分采用了模块化设计,各关节有相似的结构,由于机械臂自身重力的影响,根据其负载力矩选择驱动电机和谐波减速器的型号。文中会具体介绍机械臂的关节构型模块化设计过程。本文采用了一种基于CAN总线分布式的控制方案。将工控机和关节控制器挂在CAN总线上。工控机主要功能是对关节控制器进行监控,同时也完成机械臂运动学、轨迹规划方面算法的实现。关节控制器采用Copley公司的ACK,主要实现位置,速度和力矩伺服控制算法的实现。最后,重点分析了机械臂在关节空间中轨迹规划的两种实现方法：三次多项式和五次多项式轨迹规划方法。然后又在笛卡儿空间中对机械臂进行了轨迹规划,采用了空间直线和空间圆弧插补算法,详细地介绍了这两种轨迹计划的实现算法,并且对种插补算法进行了仿真实验。