并联机器人作为一种全新的机器人,具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好等一系列优点,与日前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系.这类机器人在21世纪将有广阔的发展前景. 平面并联机器人较空间并联机器人结构简单,计算量小,且制造成本低廉,也很容易在其结构上搭建出空间结构机器人,实现空间运动要求.故加强平面并联机器人的机构分析、运动分析和动力学分析研究,既为拓展平面并联机器人的应用所必须也是空间机器人研究的基础.其次,并联机器人应用领域的日益扩展,尤其在太空探索、采矿业以及机械设备如机床、工业机器人上的应用,已经超出了体积小、重量轻、速度低的限制.因此,不断深入研究并联机器人的机构学、运动学、动力学建模和控制策略问题,为开发和应用新的并联机器人提供了可能. 本文首先根据掌握的大量并联机器人文献,对其在机构学、运动学、动力学、控制策略等方面的主要研究成果、进展以及尚未解决的问题进行了阐述.描述了平面并联机构的构型分类,接着简单介绍了并联机器人奇异位形研究的现状,并提出了基于微分几何方法的并联机器人奇异位形的判定定理,最后分析了一种2-DOF并联机器人的奇异位形.以2-DOF平面并联机器人机构为研究对象,运用解析方法建立了并联机构的运动学正、逆解方程,这将有利于并联机器人的控制和轨迹规划. 在并联机器人的点位控制研究方面,文中详细推导CKCs(closed kinematics chains)以独立广义坐标表示的降阶模型运动方程,首先应用虚功原理结合拉格朗日方程对该机构进行动力学建模,获得了该机构降阶模型的具体表达式.该模型适于大多数闭链机构的动力学建模,具有区别于开链机构动力学模型的两个基本特性,能够将大量的针对开链机构设计的控制方法应用于CKCs系统.本文还证明了降阶模型具有类似开链机构运动方程的斜对称特性,基于PD+重力补偿的控制方法可保证系统呈局部渐近稳定性. 含有闭链的并联机器人动力学模型通常由微分一代数方程描述.这类机器人系统的传统控制方法,往往需要采用诸如牛顿迭代等数值方法对非独立坐标进行求解,不利于实时控制.本文考虑机器人惯性参数的不确定性,提出一种基于奇异摄动模型的自适应跟踪控制方法.这种方法将对原系统微分一代数方程的控制转换为对人造奇异摄动模型的控制,从而使算法易于实施.运用Lyaptlnov理论证明了这种控制器能够保证渐近轨迹跟踪.仿真结果表明了该方法的有效性. 本文最后分别对涉及到的几种控制方法进行了对比分析,论述了不同方法的优势和不足.基于模型的计算力矩控制由于考虑了非线性补偿而极大地提高了其控制品质;滑模自适应的控制方法结合了自适应方法的抑制参数的不确定性及滑模控制方法的抑制非参数不确定性的特性(如外界干扰和未建模动态特性).本文在控制算法的设计中,分别给出了稳定性证明和分析,进行了算例仿真与分析.