本文密切结合电子包装、食品医药、现代物流等领域高速轻载自动化生产线搬运分拣作业需求,发明一种新型转动副驱动的三自由度高速平移并联机器人机构,并以该高速并联机器人机构为研究对象,分别从自由度、运动学、工作空间、力传递特性、刚体动力学等方面进行着重分析,在此基础上进行优化设计。在自由度方面,本文着重分析二维平动复合子支链的运动特性,提出一种基于运动链参数的DH表示法的并联机构自由度计算方法,并应用数例和软件仿真对该方法的可行性和正确性进行验证。根据复合子支链结构特点构造一种三自由度高速平移并联机器人机构,在此基础上推导该高速并联机构运动学位置正反解,速度和加速度模型。在工作空间方面,基于高速并联机构运动学位置反解,搜索在某一给定机构构件杆长组合参数情况下可达工作空间三维模型和垂直于z轴的各个截面。根据空间模型理论建立机构无量纲尺寸设计空间,分别定义可达工作空间体积和基于运动支链传动角的力传递特性性能评价指标,借助性能图谱在尺寸设计空间绘制可达工作空间体积和力传递特性曲线。在刚体动力学方面,提出一种基于牛顿-欧拉法的高速并联机械手刚体动力学建模方法,将高速并联机构分拆成单个杆件,自下而上建立每个构件的力和力矩平衡方程,推导机构系统的动力学模型。在轨迹规划方面,提出一种以高速并联机构运行周期最短,同时兼顾最大输入力和最小冲击为目标的运动规律优选方法,结合典型点对点运动路径和刚体动力学模型,揭示工作阻力与输入力对应关系及输入力在构件和运动副之间传递状况。