我国是汽车制造大国,汽车产业是国民经济重要的支柱产业,其发展的快慢很大程度上影响着我国经济整体的发展状况。变速器是汽车的核心部件,目前在变速器齿轮加工领域,很多企业仍然采用人工手动上下料的方式进行齿坯数控加工,这种生产加工方式制约了企业的生产效率,进而也影响到汽车变速器总产量的提升。为此针对某齿坯数控加工生产线设计了一种齿坯上下料桁架机械手来进行高效、稳定地上下料作业,从而实现变速器齿轮的自动化生产加工。首先,对齿坯数控加工生产线实际需求进行分析,运用模块化设计理念按照实现功能不同确定齿坯上下料桁架机械手的组成,并对其各个模块结构进行原理分析和设计,在此基础上结合技术设计要求完成气动执行元件和伺服驱动系统的选型设计;通过SOLIDWORKS软件对机械手进行建模,为下一步进行仿真分析奠定了基础。其次,通过ANSYS WORKBENCH软件对机械手工作过程中所受载荷最大、处于最危险状态的位置进行静态分析,验证其结构可靠性;对整体结构进行模态分析得出其固有频率和振型,并考虑到电机振动产生结构共振对末端执行器定位精度的影响,进行电机振动对竖梁末端连接法兰中心点的谐响应分析,分析出不适宜机械手工作的电机工作频段,为确保机械手稳定运行提供了理论依据。再次,基于改进的D-H法建立了机械手的连杆坐标系,得出其正运动学方程;通过MATLAB软件分析得到机械手在抓取过程中的位置姿态,同时确定其空间运动范围,验证机械手结构设计是否合理;运用Lagrange动力学法建立机械手的Lagrange动力学方程,并求解出机械手的最大驱动力;通过ADAMS软件进行机械手上下料过程的动力学仿真,得到机械手速度、驱动力随时间的变化曲线,将计算结果与ADAMS动力学仿真结果比较,进一步验证机械手运动时的稳定性。最后,对机械手的整个控制系统采用运动控制器+触摸屏的控制架构,根据控制要求,对硬件进行选型;进行机械手电气控制原理图的设计,根据原理图以及上下料工作流程对机械手控制系统进行模块化程序设计,同时对人机交互界面进行设计;完成实物样机的研制,进行工件搬运性能实验和重复定位精度实验。实验结果表明机械手能够稳定完成齿坯上下料任务,测定机械手重复定位精度在设计要求范围内,电机振动会造成机械手重复定位精度偏低,因此在编写上下料控制程序时需避开相应电机工作频段,确保机械手更为稳定地运行。