教学机器手臂集成了工程力学、材料力学、电气、机械设计、控制技术、计算机、传感器技术等知识,一直是教师和科研人员进行算法研究、控制系统设计的研究热点。教学机器手臂的灵活运转需要6个自由度,目前部分高校研制的机器手臂中多为5自由度以下,这些机器手臂结构过于简单、功能单一且无开放性,大多无法实现仿生等高级功能。本文针对当前教学机器手臂的缺点,秉承开放式设计的思想,即机械结构开放、控制系统开放、软件开放,提出一种六自由度机器手臂的设计方案。该机器手臂采用全铝合金材质和独立的6关节驱动控制系统,通过末端执行器的传感器可实现仿生功能,全面涉及机械、控制、传感器和计算等方面的教学知识,且方便的进行算法研究等。本文设计的机器手臂采用直流伺服电机同精密谐波减速器配合驱动关节运动,具有精度高、控制性能好、结构简单的特点。机器手末端执行器采用步进电机同蜗轮蜗杆减速器配合控制,其大堵转力矩利于抓取物体,通过设定的电阻应变计,可测量抓取力大小,实现仿生功能。同时还对机器手臂设计了必要的保护措施,确保机器手臂工作安全。针对机器手臂运动具有非线性等特点,采用了模糊神经网络算法,论文阐述了控制算法的实现方法,并通过Matlab进行了仿真,得到了较好的控制性能。同时使用VC++编程软件、OPenGL三维技术等设计了控制软件,采用简单明了的自定义语言进行编程输入,从而实现用户的不同控制用途。其开放的动态链接库,方便于采用不同控制算法的二次开发。最后对设计的机械手臂和控制系统进行了实际操作测试,结果表明,该教学用机器手臂精度完全符合给定要求。