本机械手主要与数控车床（数控铣床，加工中心等）组合最终形成生产线，实现工艺流程（上料、加工、下料）的自动化、无人化。目前，我国的制造业正在快速地发展，慢慢的变多的资金流向制造业，慢慢的变多的厂商加入到制造业。本设计能够应用到加工工厂车间，满足数控机床以及加工中心的工艺流程安装、卸载加工工件的要求，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高生产效率和生产力。
在设计之前，必须要有一个指导原则。这次毕业设计的设计原则是：以任务书所要求的具体设计的基本要求为根本设计目标，最大限度地考虑机械手工作的环境和工艺流程的具体实际的要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以减少相关成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产规格要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如机械设计、机械原理、液压、气动、电气传动及控制、传感器、可编程控制器（PLC）、电子技术、自动控制、机械系统仿真等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化，同时也考虑自身能力水平和时间的客观实际，充分的发挥个人能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。
本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特别的条件的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，可以在一定程度上完成理论和实践的有机结合。
关节式机械手，是一种适用于靠近机体操作的传动形式。它像人手一样有肘有节，可实现多个动作，动作比较灵活，适于在狭小的空间工作。其动作如下：
机械手形式较多，按手臂的坐标形式而言，主要有4种基本形式——直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。
1. 手部（或称抓取机构）：包括手指、传力机构等，主要起抓取和放置物件的作用。
2. 传送机构（或称臂部）：包括手腕、手臂等，主要起改变物件方位和位置的作用。
3. 驱动部分：是驱动前两部分的动力，因此也称动力源，常用的有液压、气压、电力和机械式驱动四种形式。
4. 控制部分：是机械手动作的指挥系统，由它来控制动作的顺序（程序）、位置和时间（甚至速度与加速度）等。
机器人手臂的关节通常是电动机驱动的，大多数机器人抓手从一个地方移到另一地方改变方向。运动中计算机计算关节角度时需要将抓手移到指定位置。
一些多关节的手臂由伺服系统，反馈系统，从计算机接收输入信号的控制器构成。手臂各关节有一个设备测量它的角度并把结果送往控制器。如果手臂的实际角度不合指定位置的计算角度，伺服控制器控制关节移动到手臂角度等于计算值。控制器和与之相连的计算机还必须处理从照相机收集到的确定被抓物置的测量信息，不然的话就会碰坏抓手上调节抓力的传感器。
5. 传感装置：其中装有某种传感器，使手指具有敏感性和自控性，用以反映受制于物件是否接触、物件有无滑下或脱落、物件的方位是不是正确、手指对物件的握紧力是否于物件的重量相适应等。
专用机械手是专门为一定设备服务的，简单、实用，目前在生产中运用得较为广泛。它一般只能完成一、两种特定的作业，如用来抓取和传送工件。它的工作程序是固定的，也可根据自身的需求编制控制程序来获得多种工作程序，以适应多种作业的需要。
通用机械手是在专用机械手的基础上发展起来的。它能对不同物件完成多种动作，具有相当的通用性。它是一种能独立工作的自动化装置，其动作程序可按照工作需要来改变，大都是采用顺序控制管理系统。
点位控制机械手的运动轨迹是空间两点之间的连接。控制点数越多，性能愈好。它基本能满足各种要求，结构简单。
目前，在国内外各种机器人和机械手的研究成为科研的热点，其研究的现状和大体趋势如下：
A．机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。
B．工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大幅度的提升了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
E．焊接、搬运、装配、切割等作业的工业机器人产品的标准化、通用化、模块化、系列化研究；以及离线示教编程和系统动态仿真。
总的来说，大体是两个方向：其一是机器人的智能化，多传感器、多控制器，先进的控制算法，复杂的机电控制管理系统；其二是与生产加工相联系，满足相对具体的任务的工业机器人，主要是采用性能好价格低的模块，在满足工作要求的基础上，追求系统的经济、简洁、可靠，大量采用工业控制器，市场化、模块化的元件。
通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，设计了一种圆柱坐标形式的数控机床上下料机械手。重点针对机械手的腰座、手臂、手爪等各部分机械结构和机械手控制管理系统进行了详细的设计。具体进行了机械手的总体设计，腰座结构的设计，机械手手臂结构的设计，机械手腕部的结构设计，末端执行器（手爪）的结构设计，机械手的机械传动机构的设计，机械手驱动系统的设计。同时对液压系统和控制系统来进行了理论分析和计算。基于PLC对机械手的控制管理系统进行了深入细致的设计，通过对机械手作业的工艺过程和控制要求的分析，设计了控制管理系统的硬件电路，同时编制了机械手的控制程序。设计达到了设计的预期目标。
机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装 ，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。
这种机械手的运动轨迹是空间的任意曲线，它能在三维空间中做极其复杂的动作，工作性能完善，但控制部分比较复杂。
C．机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行决策控制；多传感器融合配置技术成为智能化机器人的关键技术。
D．关节式、侧喷式、顶喷式、龙门式喷涂机器人产品标准化、通用化、模块化、系列化设计；柔性仿形喷涂机器人开发，柔性仿形复合机构开发，仿形伺服轴轨迹规划研究，控制管理系统开发；
设计机械手的灵感来自人的手臂，但也有些不同。例如，机器人的手臂可以通过嵌入重叠而扩展，即滑动一个套一个的圆筒使手臂延长。机器人的手臂将有待改造以便于他们能像大象鼻子那样弯曲。抓手,或末端效应器,被设计仿造人的手的作用和结构。许多机器人装备有特别的抓手以抓取特殊设备譬如试管或弧焊工机架。
直角坐标式机械手，是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它只能进行直线运动。具体动作如下：
圆柱坐标式机械手，是应用最多的一种形式，它适用于搬运和测量工件。基本动作如下：
