机械臂是世界微机电技术领域中的前沿研究课题。模块化机械臂可以满足机械臂各个关节易于修改、重构和具有可拓展的功能;在国防、工业、及医疗等行业,不仅要求机械臂能够实现常规的动作,而且还要求机械臂具有人类的视觉、思维、学习与自主能力等。基于上述原因,本文从理论和实验两方面,对单目视觉伺服模块化机械臂控制系统模型进行了深入的分析和研究,并初步建立了一套完整的基于位置的单目视觉伺服模块化机械臂控制系统。主要工作如下:第一,分析了模块化机械臂的空间位姿描述矩阵和坐标系的建立方法,并运用D-H表示法为其建立了变换矩阵,完成了正运动学方程求解;采用代数法对逆运动学方程进行了求解,并对模块化机械臂正逆运动学方程进行了实验分析;数据表明:机械臂正逆运动学误差主要来自于机械设计尺寸误差和三角函数求解计算误差。第二,设计了一种采用自适应中值滤波和自适应维纳滤波相结合的数字图像处理算法,以消除图像噪声;采用统计的方法,并以最小的特征维数确定了目标物体相对于机械臂基坐标系的位置和姿态,实现了目标物体特征的提取;实验显示:设计的滤波算法较好的提高了原始数字化图像的信噪比,采用的聚类统计方法获得了目标图像中心点像素坐标、过中心点截得目标物体的横轴与纵轴的半轴长、图像面积和周长等图像特征。第三,分析了机械手臂视觉伺服的几种方式,并采用基于位置的视觉伺服方法实现本文的规划;针对模块化机械臂运动规划问题,对各个关节模块设计了模糊PID运动控制器,并对比实验分析了该控制器的稳定性;对手臂末端设计了直线插补轨迹规划算法,对各关节模块设计了四阶三次均匀B样条插补轨迹规划算法,并仿真分析了算法的可靠性;同时对手臂末端和关节模块分别进行了系统全面的运动规划实验及分析;实验验证了设计的手臂末端和关节模块轨迹规划算法的可行性。