随着现代陆战武器信息化、智能化和网络化的发展,大口径火炮采用全自动装填系统已是必然趋势。弹药协调机械臂是火炮自动装填系统中非常重要的部分,由于外界的随机扰动和负载的变化,会对其设计和研究产生较大的影响。针对这些问题,本文设计了一个采用滚珠丝杠机构和磁流变-弹簧平衡装置的弹药协调机械臂,建立了机械臂的控制方案并进行机械臂本体的结构优化。(1)首先给出了弹药协调机械臂的工作原理和总体设计方案。为了提高弹药协调机械臂的传动效率,设计了滚珠丝杠传动机构。为了平衡机械臂、弹丸的重力以及外界的随机扰动力,设计了一个磁流变-弹簧平衡装置。最后建立完整的弹药协调机械臂的三维模型。(2)对磁流变-弹簧平衡装置计算分析,得到在不同磁场下磁流变缸提供的阻力与活塞杆速度的关系。设计变化的电流来半主动控制磁流变-弹簧装置的平衡阻力,计算结果表明磁流变-弹簧平衡装置具有较好的平衡效果。(3)对于存在外界随机扰动和负载变化的机械臂位置控制问题,本文推导了机械臂的动力学方程,设计了基于隐式李雅普诺夫函数的控制方案。仿真结果表明,该控制方案达到了预期的目的,有较好的控制效果。(4)为了减轻机械臂本体的重量,本文采用人工神经网络和粒子群优化方法对机械臂本体结构进行了优化。将优化后的机械臂模型导入到ADAMS软件中进行仿真,仿真结果满足要求。