五自由度混联机器人融合了串/并联机器人在工作空间、刚度和作业精度等方面的优点,在电力装备、汽车、轨道交通、船舶、航空航天等领域复杂结构件加工方面具备十分明显的优势。然而,机器人赖以设计的两转动一移动(2R1T)三自由度并联机构存在被动运动副多与各支链约束配置不合理的问题,限制了混联机器人的高结构刚度设计。本文将对过约束五自由度混联机器人机构受力与刚度性能展开研究,主要研究内容如下:基于加权广义逆对四款典型过约束混联机器人的并联部分2RPU/UPR、2RPU/UPR/RPR、2UPR/SPR及2UPU/SP进行受力分析,得到四款并联机构在预设工作空间范围内各分支约束螺旋(包括驱动力螺旋)幅值的分布情况,为后续刚度性能的评价奠定基础。为验证过约束2R1T并联机构受力性能分析的正确性,基于AMAMS与ANSYS软件构造2RPU/UPR、2RPU/UPR/RPR、2UPR/SPR及2UPU/SP并联机构刚体-柔性体混合连续模型进行仿真运算,并将理论分析结果与仿真结果进行对比。基于对过约束并联机构受力性能的分析,提出了五自由度混联机器人抗弯、抗扭刚度性能指标,分析影响机器人刚度性能的因素以及各类影响因素对于机器人刚度影响的权重,并以此建立弯曲形变性能指标与扭转形变性能指标,计算2RPU/UPR、2RPU/UPR/RPR、2UPR/SPR及2UPU/SP并联机构的弯曲与扭转形变性能指标,依据该指标优选出刚度性能优异的并联机构作为高刚度过约束五自由度混联机器人设计的并联机构部分方案。对基于弯曲与扭转形变性能指标优选出的并联机构进行运动特性进行分析,构造五自由度混联机器人,并对该机器人进行虚拟样机结构优化设计。对设计结果进行虚拟刚度测试,保证结构设计的高刚度。