数控机床加工是制造业中一种应用广泛的机械加工制造方法,在一些大型的制造类企业数控加工中,使用机械手代替人工操作已经是一种非常普遍的现象。目前大部分中小型企业无力承担昂贵的机械手,在数控加工中依然采用人工的上料卸料的方式。为提高中小型制造类企业的生产效率和自动化程度,设计研发了一种数控机床加工柱状类零件时用于自动上下料的经济型连杆机械手。论文主要研究内容如下:（1）根据取放料任务要求和工艺流程,制定了机械手的技术指标和机械手系统的整体方案,确定了机械手自由度数为4、本体结构为平行四边形式关节型。基于SolidWorks对机械手的底座、手臂、腕部和内部传动系统进行了详细的结构设计,建立了机械手的三维模型,并通过相关的计算完成了对减速器、伺服电机及气动元件的选型。根据上下料的工艺流程,设计了机械手的气动回路,制定了采用S71200-PLC对机械手进行控制的控制方案,并完成了实物样机的搭建和电气柜的安装。（2）从机械手的位置运动学、工作空间、奇异性、灵活性和动力学几个方面入手,完成了机械手的运动性能分析。采用D-H参数法建立了机械手连杆坐标系,完成机械手正向运动学分析,求得了末端执行器在基坐标系中的齐次变换矩阵;通过矩阵逆乘的方法完成了运动学的逆向分析,反解出在已知末端位姿矩阵的前提下各关节转角与末端位姿的函数关系。使用MATLB的Robotics Toolbox工具箱,对运动学的正、逆解分析进行了验证,并仿真得出了机械手在初始位置到目标位置的工作过程中,末端位移、关节角度、角速度和角加速度的变化曲线。在MATLAB中采用蒙特卡洛法求解出了机械手在关节转角范围内的工作空间。基于微分变换法所求的速度雅克比矩阵,完成了对机械手的奇异性分析,求解出机械手处于奇异位形的情况。为分析机械手在奇异位置附近的可操作性,基于可操作度和可操作椭球两个方面分析了机械手的灵巧性,并进一步验证了奇异位形的正确性。利用拉格朗日法和ADAMS模拟仿真相结合的方法,完成了机械手的动力学分析。（3）利用微分矢量和矩阵运算,建立了机械手误差计算模型,进而完成该机械手的精度分析和关节误差补偿。在机械手的广义连杆坐标中,将各个环节产生的误差转换到机械手各连杆的几何参数上,并基于矩阵微分法建立了机械手的几何参数误差模型;使用MATLAB进行数值求解,验证了建立已建立的误差模型的正确性。利用关节误差相互补偿的方法建立了机械手输入转角误差模型,通过综合各关节角度值对关节误差进行补偿,使机械手末端精度得以提高。