本文以车载式高速公路桥梁结构检测机械臂为研究对象,选取了基于PCI运动控制卡+PC工控机的开放式控制系统的控制方案,搭建了车载式桥梁结构检测机械臂的实验平台,设计了四关节串联机械臂的运动控制系统,机械臂用于搭载扫描相机云台,执行高速公路桥底部结构损伤探测任务。本文主要做了以下几个方面的研究:(1)在对机械臂的基本结构进行分析的基础上,建立了串联机械臂的数学模型,采用D-H表示法建立了齐次变换矩阵,得到机械臂的正运动学方程,同时用反变换法推导逆运动学方程的解。(2)分别在关节空间和笛卡尔空间坐标系,对机械臂直线、圆弧路径规划和B样条曲线轨迹规划方法进行了探讨,推演了三维坐标空间内直线、圆弧曲线和样条曲线的算法数学表达式。在Matlab软件Robtics工具箱中进行机械臂轨迹规划和运动学的仿真,验证运动学正、逆解的正确性。(3)搭建了基于PCI运动控制卡+PC工控机的机械臂开放式控制系统的硬件实验平台。对控制系统各个部分硬件的选型给出了分析,并分别对其结构和参数进行了验证。(4)以机械臂的运动学模型和轨迹规划算法为基础,根据运动控制卡提供的库函数,采用面向对象的编程方法,基于Windows平台,在.NET编程环境下编写了串联机械臂控制系统的控制软件及交互界面。