近年来,随着机器人技术的快速发展以及核能等新能源的大力推广,为了提高生产效率,在核工业领域内实现自动化生产已经成为今后发展的必然趋势,而采用机器人代替人工完成对核燃料棒的抓取、组装工作将成为核电领域自动化生产的重要组成部分。考虑到上述情况,本课题是面向核燃料棒自动抓取、组装而设计一种基于直流伺服电机控制的关节机器人。在机器人结构设计部分,依据抓取、组装核燃料棒的工作环境、作业内容以及性能要求,提出了利用机器人完成系列操作的总体方案。确定了机器人各关节结构、手部工作范围,并利用Solidworks建立了六自由度机器人模型。通过对作业对象的分析,主要采用静力学和误差分析的方法,对手部结构进行了设计计算并建立其三维模型。根据模型建立了所设计机器人的关节坐标系,基于齐次矩阵法对机器人正、逆运动学进行了分析,利用Matlab软件对正运动学进行仿真,绘制出机器人的工作空间。对机器人的运动学逆问题编制基于最短行程解的求解程序。在机械臂轨迹规划和控制系统方面,以逆运动学解为基础,利用4-3-4关节插值原理,对机器人关节空间内轨迹规划给出完整计算,并基于此解法编写了角度规划程序。结合相同的目标点,对笛卡尔坐标下机器人轨迹规划进行了仿真分析,设计了各个关节所选电机的位置伺服控制模型,计算了各个关节电机位置矫正参数。通过对机器人系统建立基于拉格朗日欧拉法的动力学方程,分析机器人在实际使用中会遇到的情况:匀加速启动和依据轨迹规划曲线运动时,各关节的力矩变化情况进行仿真。基于推导的动力学方程给出了机器人在抓取过程中的PD控制规律以及在燃料棒组装过程中计算力矩法的控制算法,并对这两种情况进行仿真分析。为了更好结合实际,建立了以Matlab与Adams两个软件联合仿真的模型,进而实现了各关节联合仿真。通过仿真为机器人结构,电机、减速器等关键零件的匹配以及控制方法的合理性提供了依据。