具有6个支链6-DOF(Degree of Freedom)的并联机构经过几十年的发展已经取得了相当多的成果。目前广泛使用的6-DOF并联机构绝大多数都为Stewart机构或者通过变形得到的类似机构。这类机构通过6个支链分别连接上下平台,多采用移动单元为驱动,机构末端实现6-DOF运动。这种经典的并联机构其末端运动的输出变量之间具有高度的耦合性,且工作空间相对狭小,易发生构件干涉,奇异位形多,机构的运动可控性较差。因此,开发同样具有6-DOF运动的并联机构,并且机构末端的移动和转动能够实现一定的解耦效果,且能够用简单的运动学表达,并具有较大的运动空间,工作空间内少奇异,各构件之间不易发生干涉,这样的并联机构是未来发展的主要方向。作为6-DOF并联机构的重要补充,本文设计了一种新型的3-支链6-DOF并联机构,该机构只有三个运动支链,为UP3R支链类型。每个支链配备两个驱动,一个是有移动驱动、另一个是转动驱动。机构末端的三个移动输出和三个转动输出能够实现运动的半解耦;工作空间相比Stewart机构也有相当程度的增加;具有简单的运动学表达式,且能够求出末端位姿的解析解形式。基于这种少支链类型3-支链6-DOF的并联机构本文将围绕下面几个问题做具体的研究。(1)综合研究了3-支链6-DOF的并联机构的构成形式,基于G_F集的机构构型设计方法,提出了一类少支链3-3T3R并联机构的结构,获得了24种拓扑构型。最后,选择UP3R型支链构造本文提出的三支链3T3R并联机器人机构。使该类型支链具有确定的末端运动特征,具有简单的结构,优良的运动性能,没有瞬时运动。(2)着重研究机构末端输入与输出之间的运动关系,建立了3-支链6-DOF并联机构的运动学约束方程。首先,给定机构末端执行器的输入,研究机构输入的解析表达式。其次,给定一组驱动构件的输入后,求解了与之对应的机构末端执行器的输出,并给出了机构输出的解析表达式。根据机构位置输出的解析表达式,给出了2种基于位置解的位形;根据机构姿态输出的解析表达式,给出了8种基于姿态解的位形。并综合位置和姿态的位形,得到了一种基于末端位姿解的最佳位形。(3)根据所研究机构的运动学,给定机构任务空间,提出了一种基于给定工作空间的优化设计方法,用于寻找机器人的最小尺度参数,给出了设计实例,提出一种稳定设计指标,利用这个指标确保机构距边界工作空间有一个安全距离。使这种方法能够容易地找到合适的参数以最小的工作空间包围给定的任务空间,提高了设计效率,并且确保机器人拥有最小的尺度较大的工作空间;另外,就机构尺度而言,使之符合轻量化的设计要求;基于提出的设计方法,制造机器人机构样机。(4)考虑U副的定位误差,关节间的间隙,以及驱动的误差,建立了关于这三部分误差的误差模型。利用叠加原理,分别求取了单方面因素对机构末端执行器精度的影响,三部分误差的累积对机构末端执行器精度的影响。利用建立的误差模型研究精度补偿的方法,通过实验验证精度补偿的效果。(5)在静力学分析的基础上,研究机构末端的形变与外力及外力矩的关系,对机构进行刚度分析,柔度分析,得到刚度柔度的解析表达式,进而分析与构件的材料特性、机构的结构尺寸、运动学参数及机构的位姿有关刚度设计方法,提出提高机构刚度的设计方法。