面向先进制造业领域对高性能并联机器人的应用需求,本文以一种平面冗余驱动并联机器人为主要研究对象,系统研究其刚体动力学建模、性能分析、刚柔耦合非线性动力学建模以及主动控制策略设计等关键问题。全文取得如下成果:(1)以平面3-RRR并联机器人及其衍生出的平面冗余驱动4-RRR并联机器人为分析对象,基于矢量链法,建立其位置逆解模型,并进一步获得了两类机器人的逆速度雅克比矩阵和逆加速度映射模型;在此基础上,针对特定运动轨迹,进行逆运动学仿真;基于间接雅克比矩阵,定义灵巧度指标,对两类机器人进行运动学性能比较分析。结果表明,冗余驱动可有效克服传统非冗余驱动并联机器人工作空间内的第二类奇异,并可有效改善机器人的运动学性能。(2)基于凯恩方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法,据此建立了冗余驱动并联机器人和非冗余驱动并联机器人的刚体动力学模型,有效降低了建模复杂度。基于系统刚体动力学模型,定义动态灵巧度指标,据此比较分析了上述非冗余驱动并联机器人和冗余驱动并联机器人的动态性能,并针对特定运动轨迹,开展了逆刚体动力学分析。最后,建立机器人的多体仿真参数化模型,对理论模型的正确性进行了验证。(3)针对高速应用环境和面向控制需求,建立平面冗余驱动4-RRR并联机器人的刚柔耦合动力学模型。首先,借助假设模态法和凯恩方程,建立机构任意支链的刚柔耦合动力学方程;其次,基于多体思想,组集支链和动平台动力学方程,进而附加约束方程,建立系统的刚柔耦合动力学模型;在此基础上,基于零空间矩阵法,消除系统动力学模型中广义约束力,获得独立广义坐标形式的动力学简化模型,为主动控制策略实施奠定基础。(4)为适应主动控制,建立永磁同步伺服电机动力学模型,进而与机械系统刚柔耦合动力学模型进行整合,建立系统的机电耦合动力学模型。在此基础上,借助奇异摄动方法,将机电耦合动力学模型分解为不同时间尺度下的慢、快变子系统,分别针对各子系统设计控制器,进而组合获得系统的复合控制器,以实现机器人的轨迹跟踪和振动抑制。最后,针对特定运动轨迹,开展主动控制仿真,验证了主动控制策略的有效性。本文研究成果可进一步充实并联机构研究理论,对进一步拓展其应用领域具有重要的理论意义和参考价值。