模块化关节是机械臂的重要组成部分,是高度集成的机电一体化部件。模块化机械臂关节具有能够适应多种特殊领域的工作要求的特点,模块化机械臂关节在工业领域、家庭服务、航空航天、甚至反恐战场的领域正起着越来越大的作用。本文研究内容来自于国家973计划项目,其目的是研制一种可用于机械臂运动控制算法验证的可重构机械臂。基于此,本文提出了一种适用于两种工作环境的模块化机械臂关节的设计,完成了模块化关节样机和重构的机械臂样机,并针对样机搭建实验平台,完成了仿真和实验研究。具体研究内容如下:1、对模块化机械臂关节机械结构展开研究。在对国内外模块化关节研究现状调研的基础上,提出了模块化关节的设计指标;结合设计指标,分析确定了模块化关节的机械设计方案;对模块化关节的关键零部件进行了设计选型,通过对关节及机械臂的受力分析,设计并校核关键零件的强度,最后通过三维建模,关节实体装配,完成了模块化机械臂关节实体样机的研制。2、对模块化机械臂关节控制系统展开研究。结合设计指标,分析控制系统组成及功能。由需求分析,设计关节控制策略;从硬件系统和软件系统两个方面进行设计,确定控制系统的具体功能模块,通过原理图的设计与分析,完成模块化关节的控制电路板;结合硬件系统与运动学建模,完成了模块化关节的软件系统的开发。3、对模块化机械臂关节样机进行了实验研究。针对模块化机械臂关节搭建实验平台,设计实验内容,对模块化关节的运动性能进行测定,验证模块化关节结构设计与控制系统的有效性。