本文密切结合少自由度并联机械手的工业性能需求,以一种4自由度高速并联机械手为研究对象,针对其本体参数的优化设计及运动控制等关键技术展开了研究。全文取得如下创新性成果:在基于运动学性能的本体尺度参数初步设计方面,针对多支链并联机械手的链间运动/力传递特性难以合理评价的问题,通过对链间不同运动/力传递形式的分析,提出了两类链间压力角指标集合,并结合敏感性分析建立了指标的优选方法。结合优选的链间压力角指标和传统链内压力角指标,提出了一种基于运动学性能的机械手尺度参数设计方法,进而合理确定了尺度参数的设计范围。在基于有限元理论的本体截面参数优化设计方面,为解决机械手有限元模型建模复杂和分析效率低的问题,提出了机械手全域参数化有限元模型的建模方法,并建立了系统全域静、动态性能的循环分析策略,从而获得了对应最差性能的位姿。基于该位姿,利用正交试验分析了截面参数对系统静、动态性能的影响,并结合尺度参数的设计范围完成了机械手主要部件的截面参数设计。在基于动力学性能的本体尺度参数优化方面,以少自由度并联机械手关节空间刚体动力学模型的惯量矩阵为研究对象,将机械手的链间动力学耦合特性与其构型和惯量矩阵特征值之间的关系进行了统一,并提出了少自由度并联机械手耦合特性的通用评价方法和指标。结合线性变换分析和一阶摄动原理,研究了惯量矩阵特征值与关节驱动力矩和耦合特性间的关系,并提出了可评价机械手关节驱动力矩需求的动力学指标。在此基础上,结合运动学约束和耦合特性约束,建立了一种基于动力学性能的机械手尺度参数优化方法。为兼顾负载质量对耦合特性的影响,提出了一种针对不同负载质量来合理配置机械手惯量参数的策略。在运动轨迹的优化方面,基于多种B样条曲线运动规律建立了机械手的轨迹规划方法,并对轨迹规划的空间和运动规律进行了优选。以机械手主动关节急动度的平均累积作用效果为优化目标,在考虑机械手惯性矩阵特性的基础上合理构建了优化模型的相关约束条件,进而提出了可有效提升运动平滑性的轨迹优化方法。为解决优化后的轨迹变形问题,在构建了B样条曲线控制顶点子集和轨迹点位矢子集间映射模型的基础上,对轨迹变形的现象进行了溯源分析,进而提出了一种兼顾运动轨迹平滑性和最小变形的优化方法。在伺服系统的参数辨识方面,为克服辨识过程的病态问题,结合岭回归理论和L-曲线法提出了一种自适应的岭回归辨识算法。结合对该算法估计偏差的深入分析,基于测量值的收敛信息合理设计了正则化参数的惩罚因子,从而提高了算法的计算速度。为进一步提高辨识过程的效率,提出了一种改进的正则化卡尔曼滤波辨识算法。基于对算法递归过程中正则化卡尔曼增益的分解形式进行研究,构造了一种修正的L-曲线法,从而能够更加快速的确定算法所需的合理正则化参数。此外,通过实验分别验证了两种辨识算法的鲁棒性和准确性。在动力学控制方法的设计方面,结合机械手的结构特征提出了一种基于双分配系数的刚体动力学模型简化方法,提高了简化刚体动力学模型的计算精度。同时,考虑到机械手的链间动力学耦合作用,提出了一种机械手各主动关节等效负载转动惯量的估算方法,从而为控制参数的整定提供了依据。基于以上方法,分别建立了机械手的动力学前馈控制方法和模糊PID+前馈的控制方法。提出了机械手整机机电联合仿真系统的建模策略,在此基础上对各控制方法进行了详细的仿真分析,并通过实验验证了各控制方法的有效性。