本文以模拟探月三期返回舱从月球发射返回空间轨道为应用背景,针对冗余驱动索并联机构用于矢量力输出的理论和应用问题,以9-63构型冗余驱动索并联机构为研究对象,系统研究了以矢量力输出为目标的构型设计、冗余索力分配策略、振动特性和基于力位混合控制的干扰力施加策略,并搭建实验平台对本文研究进行实验验证。针对低重力环境运动模拟要求,结合索并联机构的构型理论,建立其运动学表达式,结合索力约束条件,给出力控工作空间的定义和计算流程,并基于齐次刚度矩阵构建齐次刚度条件数、齐次平均刚度两项力学性能评价指标,分析力控工作空间的各向同性和整体刚度性能,综合筛选确定9-63构型的索并联机构为矢量力输出基础平台,并对该构型索并联机构的尺度参数进行设计。将冗余驱动9-63构型索并联机构等效为9索张紧维持系统、上层6根绳索与广义外力约束的运动系统的叠加,构建出系统维持张紧所需的总体张紧力和总体功耗指标,进而提出一种基于零空间向量和预紧力调整的冗余索力分配方法。在该索力分配方法的基础上,提出索并联机构矢量力输出策略,仿真分析低重力环境下的发射和着陆过程中的各个索力变化。基于Hessian三维矩阵、微分变换和线几何理论,建立索并联机构考虑绳索拉力影响的完整刚度模型,研究索并联机构力控工作空间内刚度分布规律。将索并联机构的动力学模型与泰勒展开结合,提出低阶固有频率的简化计算方法,研究固有频率在力控工作空间内的分布规律,指出运动过程应规避的性能跳变区域。基于力位混合控制的索力控制策略会导致索力波动,分析索力波动周期、波动幅值及预紧力等参数对系统的影响,明确波动周期是力位混合控制的关键参数。建立索力敏感性指标,明确索并联机构的索力控制优先目标,提出考虑索力敏感性的干扰力施加策略,研究索并联机构模拟时变矢量力输出特性。搭建缩尺实验平台,对所提理论研究进行验证。测试结果表明该实验平台满足低重力环境模拟的运动性能要求。模拟发射和叠加有干扰力的着陆实验表明,提出的索力分配方法和基于力位混合控制的干扰力施加策略能够模拟低重力环境下的火箭发射过程,验证了冗余驱动索并联机构用于模拟矢量力输出的可行性。