球面并联机构是动平台参考点的运动范围在固定球面上的一类特殊的空间并联机构,它不但具有并联机构的刚度大、精度高等性能优点,还具有工作范围大、不易干涉、运动学计算简单等性能优点。基于球面并联机构比较特殊的运动特点和性能优势,目前主要应用于微创外科手术机器人、康复机器人、数控机床和天文设备的调节、定位装置等。本文主要研究3-RPR球面并联机构的运动学和刚度性能。首先基于螺旋理论对该机构做了构型分析。通过分析并联机构的分支的运动螺旋系和机构动平台的运动螺旋系之间的关系分析了对称三支链球面并联机构的构型规律。然后利用运动副的演化导出3-RPR球面并联机构构型特点。用螺旋理论求出球面并联机构的阶为3,对给出的模型应用Kutzbach-Grvbler公式验证自由度为3。其次,对3-RPR球面并联机构的运动学进行了研究。利用等效轴角原理和坐标转换矩阵建立约束方程,求得机构的位置正逆解,并分析了速度、加速度,得出了机构的雅克比矩阵。在逆解的基础上,使用数值法通过MATLAB编程求得机构的工作空间,并提出一种新的对给定的任意球面轨迹用机构实现的非参数化方法。然后,分析了3-RPR球面并联机构的静力学和刚度,在考虑动平台形变的情况下广义利用应变能和卡式定理,分别推导出机构中动平台、连杆、电机的柔度矩阵,并集中到一起求出了3-RPR球面并联机构的刚度矩阵,提出了刚度评价指数KSI。最后,通过有限元的仿真分析得出机构在极限位置所受应力、产生应变的最大值。最后,利用SolidWorks和ADAMS对3-RPR球面并联机构进行了联合仿真,在SolidWorks中建立机构的装配模型,然后在ADAMS中添加约束,建立虚拟样机,通过给定的轨迹逆解其驱动,对其进行正、逆运动学仿真。然后做了机构动平台在受力和不受力的情况下的动力学仿真,得到驱动功率和力矩的变化规律。