传统机器人的结构一般是固定的,通常是根据在特定环境下的特殊任务要求进行开发的,结构固定的机器人具有低成本和高精度的特点,能满足任务明确的产品实际需求。但是由于这类机器人只能应用于特定空间上,不能适应工作环境和工作任务的变化而改变自身构型,在不同场合下完成不同任务存在局限性,难以满足市场变化的需求。模块化机器人的出现很好地解决了该问题,其通过类似“搭积木”的方法选择不同的连杆重新组合模块,来满足不同任务的需求。本文对第一代模块化机械臂进行了构型分析与设计,将其组装为7自由度机械臂。为完成抓取作业,将模块化手臂优选为4自由度构型。对4自由度机械臂进行运动学分析,为机械手臂自主抓取建立了数学模型。用MATLAB仿真验证运动学方程的正确性。根据蒙特卡洛方法计算出4自由度模块化机械手臂的工作空间,结合MATLAB利用包络线的形式仿真出工作空间轮廓,并给出了工作空间详细的推导过程。利用自相似分割法进行机械臂各关节模块的自碰撞检测,近似的判断出机械手臂系统内各关节模块间的碰撞性。对机械臂的抓取运动进行了关节空间轨迹规划,将运动轨迹按照起始点、提升点、下降点和终止点分为三段,并用多项式捅值轨迹规划算法对其进行了轨迹规划。提出利用基于粒子群算法对三段轨迹的插值时间进行优化,使机械手臂各个关节的运动时间最短。本文在第一代连杆模块的设计基础上针对其现存的缺点对连杆模块进行了结构的改进,应用ANSYS有限元软件对设计的转接件进行静刚度分析,验证了连杆模块结构设计的合理性。最后将模块化机械臂装备于移动机器人上,利用Bumblebee2双目立体摄像机和末端二指机械手进行抓取实验。对视觉系统和手臂基座进行了坐标转换,设计了四自由度模块化机械臂的硬件控制系统。实验验证了运动学结论和轨迹规划算法的正确性。