现有非标生产线装备的机构设计与开发主要依赖于设计人员的经验开发,设计周期长,对设计人员的要求也比较高,并不利于非标设计生产的快速发展。本文将针对设计过程中的复杂设计工作,通过数学模型的建立,以及将四元数引入到D-H参数化建模的过程中,简化求解过程,精简设计过程,降低开发设计的难度,提出一种简便机械机构设计的方法,减少设计过程中对开发人员的需求,降低经济成本。通过对多工序复合加工生产线出料段的结构设计,对出料段需要实现的功能进行解构分析,从功能实现的需求出发进行设计仿真。对多工序复合加工生产线出料段自动出料的方案设计、结构设计、运动学分析、动力学分析,驱动设计仿真等问题进行了研究。论文主要的工作如下:（1）对出料段运动副的结构进行功能解构分析,然后完成不同功能元对应的结构设计,以及对多工序复合加工生产线出料段的空间布局进行设计和分析,提出一种结构设计方法,在满足功能需求的基础上,进行对多工序复合加工生产线出料段运动副需要完成的机构动作分析,设计了能够实现该处所需的三种运动需求装置,翻转装置、升降装置、平移装置。分析三种装置之间的主动从动关系。（2）在开发设计前期,建立数学模型对设备结构进行描述,并对该种描述下的经典的D-H参数模型的求解局限性进行分析,将四元数引入进行求解,并将求解结果与经典模型对比,验证四元数的引入是能有效简化求解过程,降低设计难度,建立了基本机构运动的初始数学模型,提供了一种简便计算方法。（3）基于结构设计的前提下,在模型的初步建立上,完成机构简化模型的模型建立,建立简化机构翻转模型,在Matlab中对简化模型进行运动模拟,将平移装置、升降装置、翻转装置进行简化连接,将运动的过程以参数调节的方式进行表达,在Matlab的界面中可以手动调节参数观察不同情况下的简化模型运动过程,对多工序复合加工生产线出料段进行正运动学求解和逆运动学求解的运动学分析,以此为基础采取蒙特卡洛方法打出空间散点图,在机构本身的运动特性中除去机构限位的空间特征点,得到多工序复合加工生产线出料段的空间规划范围。（4）结合Matlab中的运动学分析,将UG NX12.0中的结构模型进行运动学仿真分析,对多工序复合加工生产线出料段的运动结果进行仿真模拟,控制要求的模拟仿真,在运动仿真模拟过程中优化控制方案,动力学方案,完成多工序复合加工生产线出料段安装调整以及PLC程序编写。通过对上述方案的设计与模拟仿真,与实际生产线的安装调试,验证了本文中所涉及的设计方法与计算求解的合理性与有效性。