80年代以来，模块化机器人一直是机器人结构设计领域的热门课题之一。随着机器人应用范围逐渐扩大，个性化需求日益增多，模块化机器人的应用空间将越来越广。但随之而来的问题是任务对象的千变万化、工作空间的不同，加之模块机器人的可随意组合——即模块机器人的拓扑关系、模块关节及模块连杆的无穷组合，使模块机器人的设计比一般的机器人要困难得多。因此，本文主要围绕机器人机械操作臂的模块化设计及其控制展开了研究。 本文首先在发展和完善模块化设计理论的基础上，探讨了机械操作臂的模块化设计原理，模块设计手段以及三维造型在模块化设计中的作用，并对模块设计和模块组合建立了一些准则。 在对机械操作臂模块设计理论探讨的基础上，根据轴孔装配任务对机器人机械操作臂的设计要求，即结构简单、运动灵活、易于控制、质量轻等，通过对机械操作臂的选型、传动方式的具体分析，确定了合理的传动方案，成功地研制了一台新型类人机械操作臂样机。 针对冗余度机器人操作臂运动规划存在计算量大等问题，本文基于轴孔装配的机械操作臂，并结合轴孔装配作业的特点以及控制系统的实时性要求，开展了运动控制算法的研究。为了统筹兼顾局部规划和全局规划的各自优点，将混沌算法与经典算法(如惩罚函数法以及基于梯度的各种算法)混合使用；为了保证控制系统的实时性，对有姿态要求的运动规划提出了一种新的算法——逆向自律分散控制。 为了验证控制算法的可行性以及进一步探讨模块化机器人机械操作臂的运动学、动力学等问题，本文初步建立了基于轴孔装配的机械操作臂开放式实验平台。该平台具有良好的鲁棒性和开发特征，能够完成点到点的控制、运动规划等实验研究。 总之，轴孔装配机器人机械操作臂的研制和控制系统的建立，为本机器人实验室进一步研究模块化机器人提供了软硬件平台。同时，这对我国仍处于经济型模块化机器的前期研究来说，无疑有着一定的现实意义。