维修机器人作为我国工业现代化发展的重要组成部分,逐渐应用于工业生产的各个领域。随着科技水平的不断提高,维修机器人灵活度不高、动作笨拙、工作空间小等问题日益突出。可控机构是现代机构学的重要分支,伸缩机构作为机械工程中的重要结构,如何将两者有机结合,进而生成面向任务的灵活可控、可调、可伸缩的机器人机构,实现大空间的柔性输出功能并应用于具体工程实践中,是解决维修机器人现有问题的有效途径。本文针对现有维修机器人机构设计及应用存在的问题,设计出面向维修机器人的大空间二级伸缩可控机构,并利用杆组法和拉格朗日方程法分别对机构进行运动学和动力学分析。首先,通过对四杆机构和五杆机构的构型分析,选择满足设计需求的铰链五杆机构和曲柄滑块机构进行有机组合,确定机构构型并对机构设计的合理性进行分析说明;然后,建立机构坐标系,利用杆组分析法结合复数矢量法对机构进行运动学分析,构建机构输出端的位移、速度和加速度方程,并利用Matlab进行数值仿真分析,得到不同输入函数下机构的输出端的位置、速度和加速度图,并将结果进行对比分析,之后根据速度方程利用速度雅克比矩阵对机构的奇异性进行分析,得出可能存在的奇异位形,在此前提下,利用遍历法对机构工作空间进行仿真分析得到工作空间平面图；再根据建立的坐标系确定机构各杆件质心的位置函数和质心速度函数,进而构建各杆件势能和动能表达式,得到机构整体的势能和动能表达式,利用拉格朗日方程法建立机构动力学模型,选用四阶龙格-库塔法对方程进行数值求解,并利用Matlab作数值仿真分析；最后利用Pro/E中的Pro/Mechanica Motion模块,对本文所设计的机构进行虚拟仿真分析,包括运动学虚拟仿真和动力学虚拟仿真,并将仿真结果与运动学和动力学的数值仿真结果进行对比,检验数值模型正确性和机构设计的合理性。