机械手是模仿人手的部分动作,按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的机械装置。本文以新型微钻头CNC磨制装备为应用背景,介绍了国内外机械手的研究情况,分析了上下料机械手的结构特点,对比了两种机械手结构,提出了移动机械手的总体设计方案。根据新型微钻头CNC磨制装备的需求,分析了横向水平移动机构的原理,对同步带、带传动减速机、电机、回转机构和手指进行设计计算,得出了其主要技术参数。采用三维设计软件Pro/Engineer对上下料机械手进行了参数化建模,使模型的修改十分简便。探讨了骨架模型和自顶向下设计技术。同时对机械手进行了虚拟装配,能方便地进行干涉检查。然后将Pro/E建立的三维模型通过接口程序Mech/Pro导入到Adams中,经过模型简化和模型转化后施加约束和设置初始参数,进行运动仿真,可分析各运动部件的位移、速度、加速度和力等相关信息。分析了机械手的位姿和运动后利用齐次变换矩阵得出上下料机械手的运动学数学模型,求解出了机械手末端的位置向量方程,探讨了运动学正问题和逆问题的求解方法。对比了几种动力学分析方法,采用凯恩方程对机械手末端执行器的动力学问题进行了分析。基于多体系统运动学理论和齐次变换矩阵,提出了一种新的运动学综合空间误差分析方法,该方法将所有误差分为6个自由度方向的误差来进行建模,减少了误差项的分析和矩阵的计算。利用该方法推导出了微钻头上下料机械手的误差模型,并采用蒙特卡罗法对该机械手进行误差仿真。仿真结果表明在制造安装过程中,应该提高靠近基部的运动部件的精度,同时应特别注意角位移误差和长行程运动部件的误差检测和控制。本文设计了一种能快速反应且具有较高精度的上下料机械手,研究了机械手的运动学、动力学性能并进行了误差分析,对微小零件上下料机械手的研制具有一定的理论意义和实际应用价值。