工业机械手的第一次迅猛发展是在第二次世界大战，最早应用在美国橡树岭国家实验室的搬运核原料的遥控机械操作手研究，时间大约是在上世纪40 年代，它是一种主从型的控制系统。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。控制系统有别于40 年代的主从型而是示教型的；1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上，研制出一种更新兴的机械手，运动系统仿造坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩，用液压驱动；控制系统用磁鼓做储存装置。这个机械手对机械手的发展有着深远的意义，日后的不少球面坐标式机械手就是在这个基础上发展起来的；同一年该公司和普曼公司合并成重组为万能制动公司，专门生产工业机械手[3]。1962 年美国机械铸造公司也实验成功一种叫 Versatran 机械手，原意是灵活搬运，可做点位和轨迹控制。虽然上述的2 种机械手出现在六十年代初，但都是国外机械手发展的重要基础。在机械手得到一定程度的发展后，从60 年代后期起，喷漆、弧焊工业机器人相继在生产中开始应用。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制出一种Unimation—Vic.arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业。联邦德国机器制造业是从1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业；值得一提的是日本是工业机器人发展最快，应用国家最多的国家，自1969 年从美国引进两种典型机械手后，开始大力从事机械手的研究，目前已成为世界上工业机械手应用最多的国家之一[3]。60084

我国工业机械手的研究与开发起步较晚，比欧美要晚30年左右，起步于上世纪70 年代，1972 年我国第一台机械手在上海开发成功，随之全国各省都开始研制和应用机械手[4]。从第七个五年计划（1986～1990 年）开始，我国政府大大加大了对工业机器人的重视程度，并且为此项目投入大量的资金，在众多学者及研究人员的参与下，研究开发并且制造了一系列的工业机器人，其中有由北京机械自动化研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的点焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。值得注意的是，这些机器人的控制器，都是由中国科学院沈阳自动化研究所和北京科技大学机器人研究所开发的。与此同时，一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，编码器等等[4]。

早期的气动机械手,由于无法做到气缸在任意位置的定位,只能靠气缸两个终点位置来定位。或者采用多位气缸,它的定位长度由气缸的行程预先确定[5]。如果要增加一个定位位置,或者要改变两个定位位置之间的距离,那么需要重新设计一个多位气缸。而且如果气缸要求的停止位置越多,它的滑块导向机构就越复杂。早期的气缸由于不能实现任意位置的定位,因此限制了多工位定位的气动机械手的发展。

随着气动伺服技术的发展,使气缸在行程内任意位置上的定位成为可能[6]。日本SMC公司和德国FESTO公司等都开发出了可在任意位置定位的气缸,其定位精度可以达到士0.5mm以内。气动伺服系统的出现,使气动机械手实现了在任意位置的定位,大大扩展了其在工业自动化领域的应用范围。现代气动机械手的基本结构由感知部分、控制部分、主机部分和执行部分四个方面组成[7]。采集感知信号及控制信号均由智能阀岛来处理,气动伺服定位系统代替了伺服电机步进马达或液压伺服系统;气缸、摆动马达完成原来由液压缸或机械所作的执行动作;主机部分采用了标准型材辅以模块化的装配形式,使得气动机械手能拓展成系列化、标准化的产品。人们根据应用工况的要求,选择相应功能和参数的模块,像积木一样随意的组合,这是一种先进的设计思想,代表气动技术今后的发展方向,也将始终贯穿着气动机械手的发展及实用性。模块化拼装的气动机械手比组合导向装置更具有灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置,使机械手运动自如。由于模块化机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承,使它具有高刚性高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代气动机械手的一个重要特点仁。德国FEsTo公司开发了一套典型的模块化气动机械手,由于采用了模块化拼装结构,可组成立柱型气动机械手(图1.1所示)、门架型气动机械手(图1.2所示)及滑块型气动机械手(图1.3所示),及其它各种类型的机械手。这些模块化机械手组装方便,动作灵活,具有较高的定位精度,但工作空间比较小,主要应用于一般的送料自动线上。