针对航天器中大型球冠蜂窝结构防热层灌注问题,本文开展了基于大工作空间、高刚度和高灵巧性的串并混联灌注机器人机构构型设计与性能研究。通过对球冠工件尺寸参数以及灌注机器人功能要求的分析,分别提出了三种灌注机器人机构配置方案。根据不同灌注机器人机构配置方案对灌注机器人执行机构进行设计,最终提出了球面并联灌注机器人机构、I型和II型1T2R三自由度并联灌注机器人机构和3T2R五自由度可重构混联灌注机器人机构等四种机构构型。通过对以上提出的四种灌注机构的运动学、工作空间、奇异性和灵巧性等方面的分析与对比,最终优选出了五自由度可重构混联灌注机器人机构作为后续章节主要的研究对象,并对其进行了尺度综合,以获得在灌注任务工作空间内具有良好运动学性能的混联机器人机构的最优结构参数。根据优化后机构参数,对混联机器人机构进行了动力学分析、刚度分析、误差分析、路径规划及控制仿真研究,以上研究为混联机器人机构真实样机的制造以及在实际灌注场合的应用提供了理论依据。具体研究内容如下:（1）根据大型球冠蜂窝结构防热层灌注要求,对混联灌注机器人机构的功能自由度进行分析,并基于确定的功能自由度数对灌注机器人机构配置方案进行设计。根据不同机构配置方案提出了四种灌注机器人机构:基于多机器人操作灌注方案的球面并联灌注机构、基于龙门弧形导轨灌注方案的I型和II型三自由度3PSS-PU并联灌注机构以及基于龙门直线导轨灌注方案的五自由度可重构5PRR+5PUSPRPU混联灌注机构。通过对以上四种灌注机器人机构运动学、工作空间、奇异性、灵巧性和灌注效率等方面的分析和对比,最终优选出了具有大工作空间、高灵巧性和高灌注效率的五自由度可重构5PRR+5PUS-PRPU混联灌注机构作为后续主要研究的对象。（2）以优选出的五自由度可重构混联灌注机构为研究对象,对其进行了尺度综合和动力学分析。首先,通过对单独的5PUS-PRPU并联机构和5PRR+5PUS-PRPU混联机构的可达工作空间和任务工作空间的对比,说明了可重构5PRR并联基座设计的必要性和优点,同时介绍了混联机器人机构在灌注顶端和边缘位置蜂窝时可重构基座不同的位置。其次,对机构优化变量和约束条件进行了设计,并基于量纲统一的雅可比矩阵条件数均值和方差,提出了全域综合目标函数。为获得在所有任务工作空间内具有良好性能的混联机器人机构的最优结构参数,对可重构基座不同位置的混联机器人机构分别进行了尺度综合。然后,根据虚功原理,建立了混联机构的动力学模型,得到了机构各构件与动平台之间的速度和加速度映射关系矩阵。最后,利用计算仿真软件对动平台两种运动路径下驱动副的位移、速度、加速度和驱动力进行数值仿真。通过对不同路径下驱动相关运动参数的理论曲线和仿真曲线对比,验证了动力学建模的正确性。（3）基于螺旋理论,建立了五自由度可重构混联灌注机器人机构的半解析刚度模型。首先,对一般并联机构半解析刚度模型建立的方法进行了介绍,利用动平台运动螺旋与外力螺旋、末端连杆运动螺旋与支链力螺旋对偶的特点,分别建立了动平台与各个支链之间和支链与支链中弹性元件之间的刚度映射模型,并基于此建立了并联机构的整体刚度模型。其次,根据以上介绍的半解析法刚度建模理论,分别建立了5PRR并联机构和5PUS-PRPU并联机构的刚度模型,最终得到了混联灌注机器人机构整体的刚度模型。最后,提出基于刚度矩阵的线刚度和角刚度对混联机器人机构的刚度进行评价。通过对动平台固定位姿下线刚度和角刚度的理论计算和有限元分析结果的对比,验证了半解析刚度建模的正确性。（4）以五自由度混联灌注机器人机构为研究对象,基于局部指数积公式对其进行了误差建模和仿真研究。首先,通过将支链逆运动学问题分解成若干个已知解的Paden-Kahan子问题,求得了混联机构各支链中关节的运动量。其次,利用局部指数积公式分别对5PRR和5PUS-PRPU并联机构进行了误差建模,并根据旋量理论对支链中不可测关节的误差进行了消除,得到了满足完整性和连续性的混联机器人机构误差模型。然后,通过构造辨识矩阵的零空间和行空间矩阵的标准正交基,对冗余运动学参数进行消除,得到了只含有独立运动参数的误差模型。最后,根据建立的混联机器人机构误差模型和面向机构参数辨识的正逆解数值算法,对混联机器人机构在不考虑随机扰动和考虑随机扰动两种情况下进行了误差仿真分析,结果验证了误差模型的正确性和误差分析对机构精度提高的有效性。（5）根据混联机器人机构的灌注特点,对动平台设计了圆形、正方形和往复直线三种灌注路径,并针对不同灌注路径进行路径规划,得到了固定坐标系下不同的路径方程。采用传统PID控制算法,对五自由度混联灌注机器人机构进行控制仿真系统设计,并对提出的三种动平台的灌注任务路径进行了控制仿真研究。仿真结果中不同灌注路径误差曲线表明,混联灌注机器人机构能够实现末端动平台的三种任务路径运动,为混联灌注机器人机构在实际灌注场合中的应用提供了理论指导。