全球老龄化问题日益严重，残疾人数量也不断增加，越来越多的老年人和残疾人不仅给个人和家庭造成了巨大的负担，还对国家的医疗和社会保障体系带来了空前的压力。另一方面，随着科技的进步，机器人技术也得到了极大的发展，机器人的用途逐渐从工业向家庭生活和服务业领域渗透，结构也从一个用户，一次重新设计向标准化和模块化方向发展。结合国家863计划机器人模块化单元技术重点项目课题，研制了一种面向助老助残的模块化机械臂系统，安装在智能轮椅上辅助老年人或残疾人完成取物、开/关门等任务。首先，研制出一种模块化机械臂。采用模块化结构设计了旋转关节模块，主要由驱动和传动、反馈控制和走线等模块组成，具有标准的机械、电气接口，其内部电机、编码器和制动器采用轴线平行的布置方式，结构紧凑、质量轻、输出力矩大；设计了连杆模块，配合关节模块，可以根据需求组装成不同自由度、不同构型的机械臂。然后，对机械臂的模块化运动学进行分析。通过建立各类模块统一的数学表达式，获得不同构型机械臂的运动学模型，采用构形平面匹配的方法，通过姿态及位置匹配，将机械臂空间构形转换为平面几何关系，完成逆运动学求解；设计了运动学仿真平台，针对模块组成的6自由度构型机械臂，通过D-H法运动学求解及仿真来验证模块化运动学算法的正确性；推导机械臂雅可比矩阵，并分析其工作空间，为机械臂控制奠定基础。其次，建立模块化机械臂控制系统。基于工业以太网和CAN总线建立开放式分布控制系统，主要由上位机、主控计算机、控制器、驱动器等组成；基于VC++6.0和Open Inventor开发人机交互平台，实现人与机械臂的操作命令交互以及虚拟环境模拟，通过轨迹规划和运动学解算实现机械臂运动控制，制定通讯协议，实现各个控制层之间的通讯；各部分采用模块化设计结构，独立运行，能够适应各种模块组成的不同构型机械臂控制。最后，进行机械臂控制策略研究和样机实验。采用速度内环和位置外环双闭环实现机械臂轨迹控制，速度环采用PI控制，位置环采用PD控制，直线和曲线轨迹跟踪实验满足控制要求；针对拉抽屉过程设计阻抗控制器，实现基于位置的力控制，通过仿真分析阻抗控制参数，拉抽屉实验验证所提柔顺控制方法的有效性；利用激光跟踪仪对机械臂运动学参数进行标定和补偿，并对机械臂定位精度进行测试，测试结果满足设计指标要求；设计机械臂为人倒水并协助人喝水实验，验证机械臂作业能力。