为了能提升串联式工业机器人的机构性能,同时能对改进后的复杂机器人的弹性动力学问题进行快速准确的建模分析,该博士论文基于含局部自由度的空间连杆机构的研究,提出了一种宿主-寄生仿生机构的优化设计方法,揭示了寄生支链与自由度分布之间的寄生演变规律。以宿主-寄生机器人为研究对象,利用实验测量的刚度、固有频率和振动位移曲线等条件,提出基于极少计算单元和多实验拟合的拟合弹性动力学建模方法,可以明显提高模型的计算效率和计算准确性,并且计算结果更接近样机实验结果。在此基础上,对机器人刚度分布的寄生演变规律和机器人动态响应特点进行分析,并进一步探究了变刚度对机器人残余振动的影响。论文的研究内容包括以下几个方面:（1）受到自然界中树和藤的宿主-寄生关系的启发,采用结构仿生的设计思维,提出了一种基于生物界宿主-寄生关系的空间多环机构优化设计方法。将含局部自由度特征的机构的各子机构自由度之间的层次关系表征为类似生物界的宿主与寄生关系,提出了自由度空间模型、宿主-寄生机构的符号表达方法和基本寄生方式。根据寄生支链和自由度之间的寄生演变关系进行自由度分布的分析和优化,设计了一种新型宿主-寄生机器人,通过寄生支链将机器人的全部驱动器设计成配重来实现机器人的重力平衡,并且对宿主-寄生仿生机器人的重力平衡特点和质心分布的寄生演变进行了分析。（2）从宿主-寄生机构演变规律出发,通过在机器人工作空间内四个极限位姿的刚度实验,建立将实验静刚度分析与刚度矩阵进行拟合的方法。从机器人整体出发,揭示拉压变形、弯曲变形、扭转变形与刚度矩阵结构特征参数之间的显著性关系,研究满足多位姿刚度分布计算的机构特征参数的拟合条件。在实验拟合的基础上,基于有限元方法和Lagrange方程,提出了一种由极少计算单元构成的刚度分布建模方法。通过应用该建模方法,对整个工作范围内全部位姿的刚度值进行计算,刚度计算的效率和准确性都得到了显著提高。通过对宿主-寄生机器人的六种演变构型的刚度分布对比分析,揭示了机器人寄生支链与刚度分布之间的寄生演变特点。（3）提出了基于极少计算单元和多实验拟合的拟合弹性动力学建模方法。首先基于有限元方法和Lagrange方程建立了宿主-寄生机器人的弹性动力学模型,对构成机构刚度矩阵、质量矩阵和Rayleigh阻尼矩阵的特征边界条件引入对应的综合拟合因子,利用实验测定的刚度、固有频率和振动位移曲线等条件,从全局出发对机器人刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵进行多实验拟合,从而提高模型的计算效率、计算准确性,并且计算结果更接近样机实验结果。在此基础上,从动力特性、残余振动时域动力响应和频域动力响应三个方面对新型宿主-寄生机器人的动态性能进行分析。（4）通过寄生支链的变刚度能力来改变机器人末端残余振动振幅大小。残余振动反映了机器人末端到达预定位置之后,外载荷停止作用,机器人在预定位置停止过程的动态性能。为了提高机器人末端手腕停止过程中的位置精度,减小末端残余振动的最大振幅,首先在最远工作位姿下,分析了由于寄生支链位姿的变化导致机器人末端刚度发生变化的变刚度规律,然后将机器人寄生支链变刚度过程与机器人末端残余振动过程进行同步耦合,用KED方法对耦合后的残余振动过程进行建模和求解,进而分析寄生支链的变刚度特性对机器人末端残余振动的影响。