机器人是一个多学科交叉的技术领域，主要包括计算机技术、仿生学、机构学、运动学、动力学、电子技术和自动控制等学科。机器人技术对前沿学科中的智能控制算法、嵌入式技术和机器视觉等相关领域结合，是当前世界科技发展中的热门领域，是国家科技发展水平和综合能力的体现。机械臂是机器人执行作业任务时的关键机构，因此，研究机械臂具有重要的现实意义。鉴于此，本文设计出四自由度机械臂，在此基础上进行了相关机器人运动学以及轨迹规划的研究。主要研究内容如下：(1)设计机械臂系统整体方案，采用铝合金型材作为机械臂的连杆，选择四自由度的结构，在测量出各连杆质量的基础上，估算出机械臂每个关节处的力矩。在电机的选择上，机械臂的底座选用了力矩更大的步进电机，其它关节包括末端抓取机构，选择舵机来实现机械臂的关节运动。用FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)作为控制器完成系统的数据处理和控制，同时设计机械臂的位置测量系统，采用QuartusⅡ和Modelsim进行仿真验证。(2)讨论机械臂运动学的数学基础，包括机械臂关节位置姿态的描述、空间坐标变换和齐次变换，建立机器人连杆坐标系。并在此基础之上，采用D-H(Denavit-Hartenberg)法来描述相邻连杆之间的坐标方向和参数，建立了机械臂运动学方程。根据机械臂的实际结构参数，对机械臂的正运动学进行了分析和求解，同时对逆运动学进行简单的分析。(3)分别在关节空间和笛卡尔空间中分析了机械臂的轨迹规划方法，采用三次多项式在关节空间中进行轨迹规划，并在此基础上设计轨迹规划模块，提出一种基于ROM的多通道PWM调速策略，通过QuartusⅡ和Modelsim仿真验证，表明此种方法能很好的完成控制多个电机的功能。插补操作的稳定性和算法优劣直接关系到机器人运行的好坏，因此对插补算法是机器人研究工作中的一个不可回避的问题。本文在笛卡儿空间轨迹规划时，分别采用空间直线和空间圆弧插补算法对机械臂进行轨迹规划，详细地介绍这两种轨迹规划的实现算法，并通过Matlab完成相关的仿真验证。