3-PRS并联机构是空间三自由度机构,其末端执行器可以实现一平两转混合运动。由于该机构具有支链数目少、结构对称、驱动器易于布置、能实现三维操作并可作为两级操作器子构型等特点,目前已在工程中得到成功应用,如Sprint Z3头。本文围绕3-PRS并联机构的逆运动学、工作空间、尺度综合等问题展开研究,旨在剖析其设计机理,为发明具有我国自主知识产权的三坐标并联动力头提供理论依据。本文首先利用闭环矢量法构造了3-PRS并联机构的运动学模型,并得到该机构的位置逆解和速度映射关系,在此基础上分析了连带运动的产生及其与机构参数之间的关系。研究结果表明,当动平台半径一定时,连带运动幅值随着动平台姿态转角的增大而显著增大,其影响是不可忽视的。其次,以逆运动学分析为基础,并针对3-PRS并联机构的结构特点,给出其工作空间的具体定义。依据驱动副行程、铰链转角、连杆尺寸干涉等限制因素确立约束条件,利用极限边界搜索算法搜索了3-PRS并联机构的工作空间,并进行了工作空间体积相对于一些关键参数的灵敏度分析,从而为该机构的运动学设计打下基础。最后,在推导3-PRS并联机构的无量纲雅可比矩阵的基础上,利用其相关代数特征,构造出综合考虑机构在整个工作空间内运动性能平均水平以及性能波动稳定性的全域性能评价指标,以此确立目标函数,并依据工程实际及性能要求给出约束条件,从而进行机构的尺度参数最优化设计,最后以一具体算例阐释了上述尺度综合方法。