工业机械手是工业自动化生产中重要的组成部分,它可以在某些环境下代替人力完成一些危险、艰巨、枯燥的工作,能够提高生产效率、降低工业成本、减轻人力劳动。同时由于气动技术作为驱动能源具有使用安全、获取方便、清洁无污染等优点,因此气动机械手在工业生产中被广泛应用。随着微电子技术、计算机技术、自动控制技术以及传感器技术等的迅猛发展,气动工业机械手的技术也越来越成熟。本文通过研究和分析工业机械手的发展现状和趋势,基于“组态”的思想提出功能可配置搬运机械手的设计方案。针对气体控制难度大、定位精度低等特点,论文以移动气缸作为定位系统模型进行数学建模,并结合Matlab/Simulink仿真工具对其数学模型进行仿真,设计了基于PID控制算法的直线气缸定位系统。论文根据系统设计的整体要求,给出模块化搬运机械手的设计方案。文中详细介绍了各个模块的组成和功能,对组成各个模块的气动元件的工作原理和应用进行简要介绍;并基于STM32控制芯片实现各个模块的软件和硬件的设计,同时对系统使用的关键传感器技术进行讨论;利用LabVIEW完成上位机软件功能的实现。为减少功能单元之间的导线连接对运动的干扰,系统采用无线通信的方式,包括短距离无线通信和远程无线通信。文中详细介绍了两种无线通信技术nRF24L01技术和GPRS技术的工作原理和实现方法,并完成两种无线通信技术的软件和硬件的设计。最后,在实验室的环境下搭建门架式搬运机械手,对系统所应用的技术进行试验研究分析。通过实验得到的结果可知,本文系统设计能够达到预计的设计要求。