作为ITER的核心反应容器，托卡马克装置因为内部工况恶劣，其中的维护操作必须采用机械臂完成。面向托卡马克腔第一壁维护的机械臂作业空间约束复杂、作业任务多样、操作精度要求高、作业环境恶劣，尚没有形成统一认可的机械臂结构形式和设计思想。本文在介绍面向托卡马克腔第一壁维护的原理样机总体方案的基础上，提出了基于此实验平台的遥操作机械臂具体作业任务和主从式遥操作控制的总体方案。根据托卡马克腔第一壁维护作业的特征，归纳出遥操作机械臂的设计原则，并针对这些原则，设计遥操作机械臂构型，确定机械臂的自由度数和关节类型配置。用D-H方法建立了遥操作机械臂杆件坐标系，用齐次变换矩阵建立机械臂的正逆运动学模型。用matlab分析机械臂的工作空间，特别是机械臂工具末端以垂直于第一壁的姿态可达到的空间，以工作空间最优为主要目标，设计了机械臂各杆件长度和关节转角范围。根据遥操作机械臂的设计指标，完成各关节传动选型，对机械臂进行三维结构设计，给出了机械臂各个关节的UG三维模型和总体装配图，并进行了有限元强度校核与分析。估算了机械臂的定位精度。利用OpenHRP3作为仿真平台，对遥操作机械臂从维护口进入托卡马克腔的过程和托卡马克腔内第一壁作业作了运动学仿真。