机构自由度是机构学中的一个重要概念,是机构设计时首先要解决的关键问题。机构自由度的计算以Kutzbach Grübler公式最具有代表性,成为机构自由度分析的基本方法。100年来,包括Kutzbach在内的许多学者对Kutzbach Grübler公式进行过多次的修改,但随着空间复杂并联机构的大量涌现,研究者还是发现,用这些公式和方法对许多新构思设计的空间复杂并联机构进行自由度计算时经常发生与实际不符的情况,反映了这些公式和方法在理论上的不完整性,迫切需要进行理论完善以解决并联机构设计中所遇到的这些困难。同时,原来的自由度计算公式不区分系统和具体构件,这既容易造成概念上的混淆,也不适合现代复杂空间并联机构发展的需要。本文在对机构的运动几何约束进行统一数学描述的基础上,提出了研究空间并联机构自由度的终端约束分析理论与数学描述方法。首先,从概念上将机构系统自由度与机构中末端执行器的自由度相区分,在此基础上指出并联机构末端执行器的自由度应同时具有数目、类型和方向这三个属性,这就克服了以前的分析理论或方法对自由度只进行数量描述而给复杂机构分析和设计带来的困难;同时还指出系统自由度应该是指定了末端执行器的机构的系统自由度。在理论方面,从研究运动链的终端约束入手,建立了复杂机构末端执行器自由度的约束空间分析理论;提出了指定了末端执行器的空间并联机构系统自由度的计算方法。它可以有效解决以前的自由度理论无法解决的空间并联机构的自由度分析和计算问题。在该理论框架下,根据终端约束不变原理,提出了运动链等价描述的分析理论;经过分析机构动态系统的静平衡方程导出了分析和研究并联机构和混联机构奇异性的动态系统的静平衡方法。并在此基础上,通过位姿自由度的概念,将机构自由度分析进一步从静态上升到动态,使得复杂并联机构的奇异性分析能够自然地转化为位姿自由度的研究问题。在理论的应用方面,对一类平动型空间并联机构进行了研究。从末端执行器的自由度分析入手,经过坐标变换获得这类机构工作空间的参数方程,通过分析发现,实际上完全可以综合出工作空间接近甚至超过机构本身所占空间的并联机构;此外,还提出了可应用于一类平动型空间并联机构的运动学和动力学解析建模方法。