本文密切结合开发新型火焰切割用机械手的需求,在国家杰出青年基金和天津市装备制造业现代化专项基金资助下,系统的研究了一种可重构混联机械手TriVariant-B的概念设计、奇异性分析、尺度综合、精度分析及伺服电机选配等问题,并将研究成果应用于指导样机的开发过程中。论文取得如下成果:利用球坐标型并联机构的特点,提出一种采用2自由度球面并联机构与3自由度串联运动链串接构建5自由度混联机械手的构型方案。该构型在保留球坐标型并联机构优点的基础上,具有较大的工作空间/UPS支链行程比。建立了2自由度球面并联机构的位置和速度逆解模型,研究了机构奇异和各向同性位形问题,并证明雅可比矩阵最小奇异值是较为合适的运动学性能评价指标。借助单调性分析,揭示出机构尺度参数对其操作性能的影响规律,得到了局部最优解与全域最优解具有一致性的重要结论。通过仿真分析,引入并证明了UPS支链行程/最小杆长比为首先起作用的约束,进而将确定机构其它尺度参数的问题归结为求解一类非线性代数方程问题。利用矢量链法建立了2自由度球面并联机构的误差模型,通过引入运动约束方程得到了系统的6阶速度雅可比矩阵,并利用该雅可比矩阵将机构的位姿误差映射为与驱动雅可比矩阵及约束雅可比矩阵相对应的两部分,分别代表可补偿误差集合与不可补偿误差集合。通过灵敏度分析确定了不可补偿误差源中影响末端位姿误差的主要因素。在建立2自由度球面并联机构刚体逆动力学模型的基础上,提出了一种考虑加速度项及重力项影响的伺服电机参数预估方法。该方法可有效预估出为产生末端参考点单位加速度所需的主动关节驱动力上界。此外,利用经典轨迹仿真,确定了在满足工艺要求条件下,可使机械手动力学性能最优的起始工作位置。