当代社会能源问题日益突出，燃料电池作为新一代动力电池具有广阔的发展前景。然而，燃料电池生产难度较大，特别是其关键组件膜电极（Membrane ElectrodeAssembly——MEA）的生产，基本由手工或半自动完成，成品率低，严重影响了燃料电池的应用推广。本文所依托的课题其目的即要解决膜电极自动化生产这一难题。本文针对MEA成套生产线中的气体扩散层（Gas Diffusion Layer——GDL）专用机械手进行设计和研究，完成GDL机械手总体方案及细节设计，主要内容从以下四个方面展开：一、根据GDL叠层设备的具体要求，对比现有工业机械手，提出了一种五自由度GDL机械手的整体方案，集成度高、功能针对性强；同时，对该方案进行运动学分析，得到该机械手的运动学正、反解。二、为减小GDL机械手所占空间，保证设备整体效果，机械手结构设计为悬臂结构，其中悬臂连接架是关键的承载零件，本文基于可加工性的要求，对该零件进行拓扑优化和模态分析，获得最优的连接架结构，确保机械手的整体刚性。三、GDL机械手的独特之处是间接驱动的平面角度调整机构，本文分析实际工况，确定了D k θ0误差模型，通过大量验算，提出了基于当量半径的误差补偿方法，单次测量即可完成标定，具有工程实际意义、有一定创新性。四、由于GDL机械手需要在多工位完成动作，其多点定位、频繁快速启停对控制系统提出较高要求，本文详细分析机械手实际工况，明确动作流程，以此为基础完成GDL机械手的控制系统设计。本文的研究成果确保了燃料电池膜电极特种叠成设备研发的顺利实施，也为其它小型、高集成度、多自由度机械手的研发提供了参考。