近年来,直角坐标型气动机械手也像其它气动机械手一样,在工业生产中的地位越来越重要。但是由于直角坐标型气动机械手存在运动耦合、系统摩擦以及传递介质压缩性强等因素,使得系统的非线性非常强,从而气缸在运动过程中出现停滞以及系统控制精度不高等现象。所以,从这些因素出发,提高气动伺服机械手的运动控制精度,对于以后的工业生产来说具有重要意义。为了提高气动伺服机械手的运动控制精度,本文一方面对多自由度气动伺服机械手进行运动学解耦,并根据气动伺服系统的工作原理建立数学模型,来降低系统的非线性;另一方面,以LabVIEW为上位机运动控制平台,并用NI-7358运动控制卡设计控制器,来减小运动误差,从而提高控制精度。本文在查阅了大量资料的基础上,综述了国内外对多自由度气动伺服机械手的研究现状,并分析它们优缺点,从而确定了本文的研究内容和研究方向。本文根据D-H坐标系法对多轴运动气动伺服机械手进行了运动轨迹规划研究,并根据气动伺服系统的质量流量方程、阀控缸系统方程等建立气动伺服系统的数学模型,最终得出系统传递函数。本文在了解实验台气缸、伺服阀以及光栅位置传感器的工作性能和原理的基础上,对直角坐标型气动机械手实验台进行了重构。根据系统信号传递原理,重新设计了伺服放大器,并完成了系统控制器的设计。接着,为了更好地控制直角坐标型气动机械手轨迹跟踪,分别对基于PID控制和基于扩张状态观测器PID控制的系统跟踪性能进行了理论和仿真研究。通过对比发现,基于PID控制的控制系统跟踪效果不佳,而基于扩张状态观测器PID控制的系统对外界干扰以及系统不确定因素有着很强的鲁棒性,所以其跟踪效果要优于PID控制。最终得出直角坐标型气动机械手的仿真跟踪误差为0.4mm。本文根据直角坐标型气动机械手的工作原理以及扩张状态观测器PID控制的原理,利用LabVIEW软件平台编写上位机控制程序,从而控制机械手运动。为了保证系统信号输入稳定,对控制系统的伺服放大器进行了信号输入输出测试。并在此实验台的基础上,对机械手的多轴定位以及速度控制进行了实验,为直角坐标型气动机械手的轨迹跟踪实验打下基础。在前面已经完成工作的基础上,进行了气动机械手的轨迹跟踪实验。对机械手X、Y两轴进行了实验,通过实验结果与理论研究以及仿真结果进行对比分析,得出直角坐标型气动机械手轨迹跟踪最大误差为0.5mm,并且分析了误差原因。最终表明基于此控制方法的机械手,具有较好的运动控制效果。