现代机械产品日益复杂化,产品竞争日趋激烈,对于机械产品的综合性能要求越来越高。传统机械产品设计采用顺序设计方式,各个学科的设计是按照次序进行且相互独立的。在整个产品的设计周期中,由于没有考虑各学科领域之间相互影响与系统整体性能之间的关系,传统设计方式通常不能得到整体的最优解,还会出现多次迭代、返工,大大加长设计周期。在这样的背景下,为了获得具有最优综合性能的机械产品,应该采用多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)。MDO技术在航空航天领域中被广泛使用,并且设计出了可靠性更高、性能更好的产品。MDO技术充分考虑了各学科间的关系和学科间相互作用所产生的协同效应,更容易获得同时满足各学科要求的整体最优解。MDO技术在机构系统设计领域里的应用很少。本文将MDO理论和机构系统设计结合起来,并将其应用于并联机器人系统的设计,主要完成了以下几方面的工作:(1)介绍了机构MDO设计的数学模型,分析了MDO技术的思想、数学本质与特点,将MDO理论和机构系统设计结合起来。以典型连杆机构为例,详细阐述了MDO技术的在机构系统设计中的应用过程。(2)对MDO协同优化算法进行深入研究,分析协同优化算法在实际应用中所遇到的计算复杂性问题,总结了改进措施,并对改进后的协同优化算法进行算例测试,结果表明改进措施的有效性。(3)分析了3-RRS并联机器人的位姿运动特点,提出了采用层次迭代搜索策略来计算机构全域条件数的方法,避免了复杂工作空间体积的积分过程,容易获得工作空间的边界曲面,节省了计算成本,这种方法也适用于其他类型并联机构工作空间的相关计算。(4)将MDO理论应用于3-RRS并联机器人系统的设计问题,建立起3-RRS并联机器人的MDO模型,并采用Kriging-CO算法对3-RRS并联机器人的MDO模型进行求解。