随着并联机械手的应用与发展,尤其是四自由度高速并联机械手,因具有结构紧凑,工作效率高,工作环境灵活等优点得到广泛关注。本文基于此以一种正交型四自由度高速并联机械手为研究对象,对其结构原理、运动学、尺寸优化以及轨迹规划进行分析研究,并完成了机械手的样机研制与实验验证。首先根据机构的结构特点分析了机构的自由度性质,并通过改变驱动电机的布置方式与连杆的连接形式,提出多种衍生机构,最后通过软件仿真对机构的运动特性进行验证。通过建立机构的运动学模型,得出机构的正反解,并在此基础上对机构的速度、加速度以及奇异性进行分析。在尺寸优化分析中,根据整机的结构特点,将整机拆分成两部分进行研究以简化分析难度,结合工作空间与力传递特性两个性能指标分别建立机构结构参数与它们之间的关系,得出最优解区域,并进行算例验证。最后给出三种不同工作空间对应的尺寸系列,分析它们的转动能力,并利用极限边界搜索法得出在给定工作空间下驱动关节的转动范围,为后续的轨迹规划奠定了基础。轨迹规划研究中,以两种运动规律曲线与两种门字型路径组成四种轨迹规划方案,提出一种轨迹规划策略,给定机械手的运动周期,以驱动关节最大角加速度为目标函数,分别对四种方案下的门字型各路径段时间进行优化,并通过软件仿真验证此轨迹规划策略的合理性,最后通过对比四种方案的优化结果,从中选出最优的一种方案用于后期的样机实验。通过搭建起来的运动控制系统测量机械手的重复定位精度,并在两种不同轨迹规划策略下完成机械手的样机实验,对比实验结果,进一步验证了本文提出的轨迹规划策略的实用性与可行性。