随着核电技术的发展，核电站的检修维护显得非常重要。蒸汽发生器是核电站的重要组成部分，本文设计的检修机械臂用在蒸汽发生器的在役检测。论文确定了二自由度检修机械臂本体结构，设计了关节的具体结构，对机械臂的位置伺服控制系统进行了研究。首先介绍了国外蒸汽发生器检修的机械臂的发展概况，根据机械臂的工作环境、作业内容及性能要求，提出了检修机械臂结构的总体方案。确定了机械臂各连杆臂长度及各关节转角范围，计算了机械臂的作业空间进行。通过对机械臂作业和安装的极限位置进行分析，采用静力学的分析方法，计算出机械臂各关节所受的最大力矩。建立了二自由度机械臂的运动学模型，对机械臂运动学正解和逆解进行了分析和计算，推导出了机械臂的雅可比矩阵，并进行了静力学分析。由于机械手的加工误差、机械传动误差及检测误差等原因导致机械臂末端的位置和姿态产生误差，利用微分法，对机械臂的误差进行了分析。设计了检修机械臂的关节。采用电机内置式的关节结构方案，将分装式直流力矩电机置于谐波减速器柔轮内部，测量电机转角与关节转角的两个旋转变压器置于关节内部。对检修机械臂关节位置伺服控制系统及算法进行了研究。根据机械臂的技术要求和工作环境，伺服系统的硬件采用了模块化的结构，通过专用的运动控制器控制关节的运动。采用高精度的光电旋转编码器作为速度和位置的反馈元件。介绍了位置伺服系统的软件。最后对机械臂伺服系统建模分析，阐述了常规、前馈及专家PID控制算法的伺服原理，基于MATLAB和Turbo PMAC的实现。并对伺服误差进行了分析。