球面3-RRR机器人具有十分广阔的应用前景,是目前机器人研究领域重要的研究方向之一。本文以球面3-RRR机器人为研究对象,从新型结构的构建、工作空间优化、运动路径规划、运动分析、控制方法等若干方面,进行了深入的研究。针对并联机器人一类复杂机械结构,提出了一套系统性的考虑干涉影响的最大化工作空间设计方法(LIDeM)。将该方法分别应用于球面和平面3-RRR机器人,实现了各自的工作空间的最大化,并设计出一种新型3-RRR并联球面机器人机构(Triaster);对该机器人建立了数学模型,得到了终端与各杆件的运动位置关系。分析了在不同杆件系数取值下的工作空间大小,以及对应的干涉区域大小；针对Triaster,建立了运动学方程,分析了系统的奇异位形,并推导出并求解了正反运动学问题的解析公式。最后,针对一个具体的算例,通过电机和终端的转角速度和加速度之变化曲线,说明了运动学正反问题的求解过程；通过对运动学逆问题的研究,发现了保证终端输出轨迹不变的前提下电机加速度调整的规律,解决了在某一时间区间内电机加速度过高情况下的应对策略；找到了运动学正问题中三输入电机转速匹配的规律,并针对具体算例,计算并绘制了终端的运动速度、加速度与轨迹曲线；归纳推导了拉格朗日动力学方程,求得了Triaster各个运动构件相对于不同旋转轴的转动惯量、质心及质量,并以此为参数推导了每一时刻各部件的动能和势能的解析表达式,在给定终端轨迹的情况下,成功求解了输入电机的转矩变化曲线；给出了橡皮筋算法的伪代码,说明了其计算最短路径的过程,得到了终端运动空间和三电机转角空间的点云图。针对4组算例,在给定路径起点和终点坐标的前提下,计算并绘制了最短路径；获得了Triaster系统的状态空间方程,阐明了系统误差和电机输入转矩间的关系,分析了摩擦力这一系统不确定性变量的特点,讨论了其作为不确定有界函数在系统方程中的作用,及其扰动所带来的影响。随后分析了系统误差的李雅普诺夫稳定性,针对本系统的摩擦特性,设计出了一种鲁棒控制器,得出系统控制框图。最后,用一算例说明了该鲁棒控制器对机器人轨迹误差的控制；设计并建立了Triaster试验平台,针对两组输入电机的转角位移曲线,试验测试了系统的输出终端的运动轨迹,并通过与理论计算的终端轨迹的对比,说明本文所构建的球面3-RRR并联机器人能够很好地实现预定运动的输出。本文的研究成果可为3-RRR球面机器人的进一步研究和应用提供理论借鉴。