在航母、潜艇及各类舰船等大型船体结构的制造过程中,必须切割大量带有变角度上、下坡口的各类孔,由于船体曲面的特殊性,切割设备有必要实时进行转移以适应不同位置的孔型切割需求。因此,研制出高效率、高精度地实现空间复杂曲面上变角度坡口孔型加工的便携式切割机械手,对于提高舰船制造技术,提高舰船性能,缩短我国与世界先进舰船制造技术之间的差距有十分重要的意义。本文提出了一种用于高效率加工船体曲面孔型的折叠便携式切割机械手,同时为使其满足高精度加工要求,基于旋量理论对其运动特性、辨识和补偿等关键问题进行了分析。主要内容如下:针对便携和高效率切割复杂曲面各类孔的要求,确定了切割机械手的自由度及各关节的传动方式,提出了折叠便携式结构的设计方案,并对双旋转定位机构和割枪摆动机构进行了理论分析。在利用两杆参数方程计算出机械手双旋转连杆尺寸的基础上,对切割机械手工作空间在X-Y平面内的投影进行分析,保证切割范围符合设计要求。针对切割机械手运动特性问题,建立了运动学模型和运动学误差模型。首先对DH建模方法与旋量建模方法进行比较,选择了旋量建模方法。然后,基于指数积公式给出切割机械手的正解表达式,应用螺旋理论子问题的解求出切割机械手运动学逆解。最后从线性化整体运动学误差模型出发,应用指数积公式偏微分法建立切割机械手的末端位姿误差模型。针对机械手高精度切割加工问题,完成了运动参数辨识和补偿研究。首先推导出切割机械手的辨识雅可比矩阵;然后根据辨识矩阵中列向量之间的线性相关性,分析了误差模型中运动学参数的可辨识性。并根据指数映射和对数映射Lipschitz连续性质,对参数辨识算法中引入旋量坐标更新方法的迭代最小二乘法的收敛性进行了证明。最后,基于补偿原理,给出离线前馈误差补偿策略和关节运动变量补偿值PLS计算方法。最后,利用Adams和Matlab对切割机械手的运动特性、运动学参数辨识和误差补偿进行了虚拟仿真和数值仿真研究。仿真结果表明:所建立的切割机械手的运动学模型是正确的、有效的;切割机械手误差模型中运动学参数均可辨识,并且本文方法辨识结果比其他相关方法更接近预设真值;加入测量噪声的情况下,辨识算法仍能保持良好的鲁棒性;补偿前后误差对比曲线说明所提出的补偿策略是可行的本文设计的折叠便携式切割机械手以及对其进行的运动特性、辨识和补偿研究,为解决船体曲面上带有坡口孔型的高效高精度切割加工问题提供了理论参考和工程依据。