随着先进制造业的迅猛发展,并联机器人因其优良的性能正愈来愈广泛地应用于高端技术领域,这给其设计及控制等方面提出了严峻的挑战。为有效克服传统并联机器人工作空间内的奇异性,进而全面改善其动态品质,本论文以一种新型的多驱动模式冗余并联机器人为分析对象,系统研究了概念设计、多刚体动力学分析与动力尺度综合、多柔体系统动力学建模、动态特性分析以及主动控制策略设计等关键问题。全文取得了如下创造性成果:(1)以传统平面5R并联机构为基础构型,开展冗余驱动创新设计,提出一种新型的多驱动模式冗余并联机器人——RAParM。奇异性分析表明,冗余驱动模式可完全克服传统平面5R并联机构可达工作空间内的第二类奇异。(2)在运动学分析基础上,应用拉格朗日方程建立了RAParM-I并联机器人的多刚体动力学模型。以机器人的多模式一致逆动力学模型为基础,定义了同时考虑惯性力和离心力/科氏力贡献的单轴驱动力矩性能评价指标,可全面揭示系统刚体动力学性能;在此基础上,辅以几何约束以及多种运动学性能约束,提出了一套高效的动力尺度综合方法,并据此对RAParM-I并联机器人实施了动力尺度综合,获得了可同时兼顾多种驱动模式的机器人最优尺度参数。(3)采用浮动坐标框架,基于有限元方法和拉格朗日方程,提出并推导了一种两端节点处含有集中参数的平面梁单元显式通用动力学方程;进而组装得到了任意柔性体封闭形式的动力学方程,其具有良好的模块化特征;在此基础上,借助增广拉格朗日乘子法,构建了系统的多柔体动力学模型。该模型同时计入了系统刚体和柔性广义坐标,为一组非线性、时变的微分-代数方程。(4)基于系统的多刚、柔体动力学模型,深入研究了系统的动态特性。固有频率分析结果揭示出,集中参数对整体系统具有“软化”效应,其在建模时不容忽略。为兼顾求解效率和精度,提出了一种混合数值求解策略;在此基础上,设计了兼顾多种驱动模式的动力学仿真流程,并据此开展了动力学仿真,从时域动态响应、轨迹误差、系统动应力等方面全方位剖析了RAParM-I并联机器人在不同驱动模式下的动态特性。最后,基于多体软件开发系统的刚柔耦合参数化模型,对理论模型的正确性和有效性进行了验证。(5)针对控制需求,以有限元精细化模型为参考依据,基于假设模态法和多体运动学递推思想,建立了系统的非线性刚柔耦合动力学模型。在此基础上,采用模态截断技术,针对两种不同情形开展了动力学仿真。结果表明,较之有限元精细化模型,在满足一定精度要求的条件下,仅截取任意柔性体的一阶模态,可大幅提高数值计算效率,这为主动控制策略的实施奠定了基础。(6)为解决柔性并联机器人的轨迹跟踪与同步振动抑制的难题,提出了三类不同意义下的主动控制策略。首先,将Udwadia-Kalaba理论首次推广至多柔体系统动力学控制领域,在此基础上提出了一种伺服约束开环控制策略;其次,将机械系统刚柔耦合动力学模型与电气系统动力学模型进行整合集成,建立了较为完备的机电耦联动力学模型,并据此提出了一种分级复合反馈控制策略;最后,基于奇异摄动理论,将非线性的机电耦联动力学模型解耦为不同时间尺度下的慢、快变两个子系统,进而提出了一种非线性复合控制策略。上述控制策略的有效性均通过相应的仿真算例进行了验证。本论文研究成果对丰富和拓展传统并联机构的研究领域具有重要的理论与工程意义,同时对此类新兴的多驱动模式冗余并联机器人的开发亦具有重要的参考价值。