并联机构具有精度高、承载能力大、位置反解简单等优点,然而其亦具有自运动较难消除、容错性能较低、奇异位形较难规避等缺点。具有冗余结构的并联机构不仅可以保留并联机器人的优点,更能弥补并联机构的一些不足,可以达到消除自运动、规避奇异位形等目的。本文基于以上背景,提出了一类结构冗余并联机构的构型设计方案,并优选出其中的一个典型构型,对其进行了相应的理论分析和虚拟仿真,最后制作了面向任务的物理样机验证了其特性,为结构冗余并联机构的工程应用研究提供了一定的价值。(1)本文着重介绍了基于相对自由度计算公式和修正的G-K公式进行构型综合的设计理论,并通过该理论选定了机构的基本参数,得到了不同类别的运动副构件数目,将构件分配至各个运动支链,并配置支链与基座铰接的基本运动副,而后装配机构的运动支链,设计了不同类型的结构冗余并联机构构型。对设计出的部分结构冗余并联机构搭建了三维模型,分别简述了各部分结构的具体形式。以结构对称、容易加工、便于控制等设计依据,优选了其中的一种新型3-PRR(P-3RR)S并联机构作为研究对象,并命名为新型结构冗余并联机构。(2)对新型结构冗余并联机构进行了位置反解分析,基于运动学方程绘制了工作空间,而后进行了奇异性、灵巧性和刚度等研究,为后续优化奠定了一定的理论基础。(3)对新型结构冗余并联机构进行了尺寸优化,选取了一组最优解数据作为新型结构冗余并联机构样机制作的结构设计参数。再在ADAMS软件中进行了自由度仿真与验证,并利用MATLAB进行了理论计算,基于仿真与理论计算结果交互验证了运动学分析工作的正确性。(4)对样机机械本体进行了制作,搭建了合理的新型结构冗余并联机构样机控制系统,制定了控制方案,并进行了运动控制,结果表明机构在运行过程中平稳可靠。