并联机构因具备精度高、刚度大、承载能力强和动态性能好等优点而成为理论研究和工程应用研究的热点,在精密定位、运动模拟、物料取递、动作操作器、微动机构等领域都有广泛的应用。不同的应用领域对并联机构的特性有不同的要求,当并联机构作为运动模拟器时,往往具有很大的外部载荷、很高的能量消耗。本文基于某工程实际项目,设计出一种具有良好承载能力、刚度特性和动态性能的可实现运动动作模拟的三自由度4-PRR冗余重载并联机构,并对其运动学、动力学、驱动力和能耗方面展开研究。首先,论文明确运动模拟器技术要求,综述平面三自由度并联机构基础构型,并选定以PRR构型为基础,建立用于运动动作模拟的4-PRR冗余重载并联机构模型,采用封闭矢量法求解机构运动学逆解。在此基础上,针对该冗余并联机构采用基于符号运算的微分变换法,求出一阶运动影响系数矩阵,进而对机构速度和雅克比矩阵进行求解,进一步地,利用二阶运动影响系数求解机构各组件加速度。最后,通过MATALB与ADAMS软件仿真对比证明理论推导的正确性。其次,在运动学的基础上,利用虚功原理建立4-PRR冗余并联机构的逆动力学模型。由于冗余并联机构驱动方式不唯一,提出驱动力二范数与最小驱动总功率的优化方法,并针对驱动力和驱动功率两项指标与3-PRR非冗余并联机构进行对比。通过数值模拟分析,两种优化方法在降低驱动力和功耗方面具有显著作用。驱动力二范数解和最小驱动总功率解在最大驱动力上仅为3-PRR非冗余并联机构解的23%,在最大驱动功率上仅为3-PRR非冗余并联机构解的53.6%,周期内驱动器做功分别仅为3-PRR非冗余并联机构的86.6%和85.3%。再次,在4-PRR冗余并联机构的逆动力学模型基础上,利用范数最小原则配置驱动力,构建不考虑摩擦情况下的动力学模型,然后基于该动力学模型,采用牛顿—欧拉法建立考虑驱动副“库伦+粘性”摩擦效应的动力学模型。利用MATLAB软件求解考虑摩擦与否情况下的驱动力并分析驱动力变化规律。结果表明,摩擦力既可与驱动力方向相同而补偿驱动力也可与驱动力方向相反而消耗驱动力;在滑块速度方向发生变化时,驱动副摩擦效应对实际驱动力影响尤为显著。最后,通过ADAMS建立虚拟样机进行实验。分别对不考虑摩擦和考虑驱动摩擦效应的4-PRR冗余并联机构进行动力学仿真,与利用MATLAB软件得到的结果进行对比,验证两种动力学模型建模方法的正确性与可靠性。