针对轻工行业纵深抓取的应用需求,在分析了传统三自由度并联机器人结构特点的基础上,本文提出一种新型直线型三自由度并联机器人。该构型机器人采用两个对称移动支链配合一个转动支链,代替传统三自由度并联机器人三个转动支链,以降低机器人结构分析的难度,增大机器人的工作空间,并对其运动学特性、动力学特性、轨迹规划、运动控制等方面进行深入分析与研究,完成该新构型机器人系统设计与研究。首先,对新型直线型三自由度并联机器人结构进行设计,并建立运动学模型。运用空间解析几何和矢量法推导出机器人运动学位置正解和逆解方程。基于运动学逆解模型,采用搜索算法求解出机器人可达工作空间,结果表明该机器人具有更大的工作空间。随后根据机器人雅克比矩阵,分析了机构典型的奇异位形,为后续轨迹规划避免奇异位置奠定理论基础。其次,基于运动学模型,采用拉格朗日方程法对机器人系统的动能和势能进行求解,推导出系统的拉格朗日函数,建立动力学模型。通过MATLAB软件验证了动力学模型的正确性,并分析了负载和机构参数与关节驱动力矩和力特性之间的关系,为机器人设计参数优化和后续轨迹规划提供了理论基础。再次,采用梯形速度、梯形加速度、修正梯形加速度三种运动规律对机器人进行轨迹规划研究,遴选出最优的修正梯形加速度运动规律。随后,在优化的门字型路径内,采用修正梯形加速度运动规律对机器人进行了轨迹规划,获得机器人各关节位移曲线,为机器人运动控制提供了轨迹依据。最后,对直线型三自由度并联机器人进行运动控制策略研究,以实现机器人的高精度控制。在确立了伺服系统模型的基础上,设计了PID和模糊PID控制器,分别对机器人各支链电机转角跟踪控制进行仿真对比分析。仿真结果表明,采用模糊PID控制方法具有更快的动态响应过程,对控制系统中非线性因素具有更好的适应能力,有效降低了轨迹跟踪误差,提高了并联机器人系统的控制精度。