少电机驱动的多自由度机械臂主要应用于航天领域。本文提出了一种少电机驱动的机械臂,该机械臂采用三部电机驱动,通过离合制动器,齿轮与同步齿形带等传动机构,实现机械臂末端的六自由度运动,具有电器元件数量少,电气系统可靠性高的特点。设计了3-1-2布局的六自由度混联机械臂构型,该机械臂肩关节采用三自由度正交并联机构,肘关节采用单自由度转动机构,腕关节采用两自由度正交并联机构,每个关节由一部电机驱动,从控制方式与机械臂自重两个方面论证了少电机驱动方案的可行性;分析了机构位置正反解,利用空间边界点搜索法求得了机械臂工作空间,绘制了工作空间三维边界图,将工作空间体积作为评价指标,采用单一变量分析法分析了肩关节与腕关节的基本结构参数对评价指标的影响,给出了一组合理的设计参数,利用ProE设计了虚拟样机;推导了整机速度雅克比矩阵与力雅克比矩阵,分析了肩关节与腕关节的速度、力传递性能的分布情况;利用拉格朗日法求出了动力学方程的显示表达式。利用ADAMS软件进行了动力学仿真,验证了动力学模型的正确性;分析了机械臂运动特点,考虑路径长度,耗时、能耗与冲击性多种因素,建立了路径综合评价指标;利用添加约束的人工势场法规划了该种少电机驱动混联机械臂的避障路径。本文的研究成果为该种少电机驱动的多自由度混联机械臂的开发与实际应用奠定了理论基础。