少自由度串联机器人已经广泛应用于诸多的工程领域,相对于六自由度串联机器人来说,它在结构、制造成本和控制等方面的优势和可行性都得到了普遍的认同。但是其构型的设计过多的依赖于设计者的经验和直觉,没有可靠的方法和科学的步骤来遵循。本文主要研究少自由度串联机器人机构的型综合问题,旨在建立普遍适用的型综合理论,并对得到的机构构型进行了奇异位形的分析。主要研究内容包括以下几个方面:首先,结合约束螺旋在空间不同几何条件下的相关性以及机构自由度运动的要求,对螺旋系进行了重新分类,并通过螺旋理论的互逆原理获取了每种约束螺旋系所约束掉的运动。在此基础上,对期望机构的自由度类型进行了分析。出于对工程实际的考虑,在机构构型理论中引入了实际约束条件,以保证综合得到机构构型都可以得到封闭形式的解。然后,在螺旋分类的基础上,构建了普遍适用的少自由度串联机器人机构的构型综合理论。应用建立的构型综合理论,对五、四和三自由度串联机器人进行了构型的综合,得到了五自由度串联机构共108种,四自由度串联机构共84种,三自由度串联机构共25种,系统的揭示了少自由度串联机构的结构特性。最后,应用螺旋理论的方法构建了少自由度串联机器人的雅克比方阵,并在此基础上求解了机构奇异位形存在的条件。针对机构的奇异位形,利用Grassmann线几何原理分析了机器人关节轴线螺旋的线性相关性。