机器人技术是一种多学科交叉融合的综合性高新技术，是与社会经济发展情况相适应的。随着我国对真空下高温等离子体物理诊断实验的深入，诊断设备能否适用于多种类型的高真空实验平台已经成为真空物理诊断实验的关键技术。由于高温等离子体的危害性，具有独立真空环境的专用操作机械手便成为辅助实验人员完成诊断实验的最佳手段。同时，专用操作机械手对在高真空环境下进行的其它物理实验也有广泛的应用前景。本文以高真空物理实验环境为平台，设计了一台能在高真空环境下作业的专用操作机械手。机械手的主要任务是在不破坏真空度为3.0×10-3Pa的高真空球形实验室环境的情况下，将应用于高温等离子体物理诊断实验的小型诊断设备（如透射式光栅谱仪、五通道晶体谱仪等）按照设计要求精确安全的送入和收回，并便于诊断设备的清洗、维护和保养。本文主要从机械手的功能和技术使用要求出发，对机械手进行了流程分析和功能分析，得出了机械手的结构组成，在此基础之上对机械手各子系统进行了设计分析。为了满足诊断设备的使用要求和功能要求，本文对机械手进行以下几方面的研究：本文根据诊断设备的使用要求对机械手进行全流程分析，研究机械手所需要具备的主要功能，并对功能进行分析归纳整合，得出机械手的结构组成。同时分析了机械手的视觉瞄准系统、控制系统、搭载小车组件等各分系统的实现方式以及驱动方式和传动机构，完成了机械手的结构设计。对真空相关技术进行了简要介绍；同时利用真空技术对机械手的真空系统进行了详细设计，选定了真空系统各组成部分硬件的型号，并对真空系统参数进行了分析计算。运用三维设计软件Pro/Engineer5.0，对机械手进行三维实体建模；以操作机械手的真空室为研究对象，运用有限元分析软件ANSYS Workbench12.0，建立了真空室组件的有限元模型，根据机械手真空室的实际情况对其施加约束及载荷，对真空室进行结构静力分析和预应力模态分析，得出了其结构的等效最大应力、最大变形量、前10阶模态以及相应振型，得出的分析数据可作为优化设计依据。最后，简要介绍了机器手三自由度混联调节机构工作空间的定义和影响因素，对机械手的三自由度混联调节机构进行了位置分析，并根据其结果运用MATLAB软件编程仿真得到了机械手混联机构的工作空间。