少自由度并联机器人不仅具有6自由度机器人的大多数优点，如刚度大、精度高、承载能力强、运动惯性较小、响应速度快，而且具有结构简单、运动学解简单、制造成本低、控制较为容易等特点，因此少自由度并联机构已成为机构学和机器人领域关注的焦点，而3自由度移动并联机构又是受到关注较多的一类。本文提出一种新型3-CRPu纯平动并联机器人机构。该机构由定平台，动平台以及连接定平台和动平台的三条完全相同的分支运动支链组成；每条分支运动支链均由一个圆柱副、一个转动副和一个平行四边形结构组成，其中平行四边形结构由两个转动副和两个球副构成；同一分支运动支链中的圆柱副和转动副轴线相互平行。基于螺旋理论分析了3-CRPu并联机器人的自由度；分别以机构中3个圆柱副的转动自由度和移动自由度作为主动输入，推导出两种输入方式下机构的位置、速度、加速度的正、逆解；讨论了机构的工作空间、奇异性和灵巧性。值得注意的是，当主动输入为移动自由度时，机构速度雅可比矩阵为3×3阶单位阵，在整个工作空间内其条件数恒等于1，故机构沿各个方向具有相同的运动和力学性能，即此种输入下机构为完全各向同性并联机构。依据分析结果可知，选取三个圆柱副的移动自由度作为主动输入较为合适。另外，基于给定工作空间对3-CRPu并联机器人机构进行了尺度综合。本文应用基于Pro/E软件的自顶向下设计方法和广义模块化设计方法，建立3-CRPu纯平动并联机器人虚拟样机模型。基于虚拟样机对并联机器人机构进行正、逆运动学仿真分析，验证了理论推导的正确性。最后，在理论公式推导和虚拟样机分析的基础上，设计制造出3-CRPu纯平动并联机器人的实体样机；根据“PC+运动控制器”开放式数控系统模式，初步完成实体样机的控制系统设计。