操作机械臂由于具有质量轻、便于搭载移动、低功耗等特点,被广泛应用在空间、战场、核电等领域。本文以中广核的RCV过滤器操作机器人为课题,设计了一款带有被动柔性手腕的四自由度模块化轻型机械臂。本文从课题的研究任务出发,结合当今先进的机械臂的结构特点,提出了机械臂的结构设计方案,主要包括:模块化关节的整体方案,高减速比、大力矩输出的传动方案,模块化机械臂内部走线方式等,然后在此基础上对模块化关节的驱动器、制动器、减速器进行了合理的选型,并对模块化关节的零部件进行了详细的设计,装配成一个完整的模块化关节,最后对关键的零部件进行强度的校核。由于RCV过滤器较长,插装在一个圆柱体内,并且机械臂搭载在移动小车上,小车在进行定位跟移动的过程中肯定会存在一定的误差,为了完成拉取RCV过滤器的操作任务,创新性的设计了一种基于弹簧旋转模块的被动柔性手腕,并对其结构进行了详细的设计,对弹簧的参数进行了详细计算,通过ADAMS对弹簧的刚度模型进行仿真,验证刚度取值的合理性。这样的设计可以有效的减少机械臂自由度的数目,使得设计、控制更加的简单,同时也减轻了整个机械臂的重量。最后对四自由度机械臂运动学以进行推导,并利用MATLAB以及ADAMS联合仿真验证运动学正逆解的准确性。