随着社会生产结构性转型改革,各产业机械自动化的提升,自动化机械在生产中占的比重日益增大。本研究以雕刻行业为背景,基于雕刻技术,设计了一种新型2(2-UPR+RPU)串并混联机床机构。该机构采用模块化的设计思想,能够基于工厂车间的机床平台或是三维移动平台,通过模块化组装实现很好的搭接,同时,还融合了传统串联机构和并联机构的优点。本文对其在机构构型、运动学、静力学和动力学方面进行了相关的研究、分析和仿真,研究表明,该新型2(2-UPR+RPU)串并混联机构相较于现有的并联机构和并串混联机构,具有更大的加工工作空间纵深和执行端平台转角幅度,满足雕刻领域人工雕刻的技术要求,从而为后续开展样机试制和投产使用奠定理论基础。本文主要完成了以下研究内容:(1)结合三维立体雕刻技术的需求,构建了一种新型的2(2-UPR+RPU)串并混联机构,应用螺旋理论分析出了该机构的自由度数目。通过建立三维实体模型,绘制机构简图及对机构的详细构型描述和结构布置说明。运用螺旋理论对机构分支链求解二次反螺旋及使用改进的G-K公式分别分析了机构的运动自由度,同时分析得到了机构的运动形式,符合雕刻加工立体作品的现实需要。(2)对该2(2-UPR+RPU)串并混联机构,进行位置逆解解算、速度与加速度正向求解等运动学分析。首先,在构建的坐标系中通过欧拉角表示机构关键节点的坐标转换关系,运用解析闭环矢量法和几何法对机构的位置逆解进行分析,得到机构的位置逆解计算方程。其次,对机构的速度和加速度运用影响系数法进行分析,推导出了Jacobian矩阵和Hessian矩阵,得到了输出与输入间的映射关系,可为后续试验机的控制程序编制提供一定的理论参考。最后,通过对基于软件的求解计算和仿真结果进行比对,验证了理论模型的正确性。(3)应用雅克比代数法进行机构的奇异性分析,采用变量几何法和边界数值搜索思想结合求解机构的工作空间。首先,按奇异位形形成的原因分类的情况,运用雅克比代数法,通过判断矩阵是否满秩来对串并混联机构进行奇异性分析,为该机构后续的改进和完善提供意见。运用变量几何法与边界数值搜索思想结合,对工作空间进行求解,获得机构的可达工作空间,结果显示该新型串并混联机构具有可观的工作范围,满足雕刻机床机构加工所需的设计要求。(4)对2(2-UPR+RPU)串并混联机构的静力学及刚度进行分析,采用虚功原理推导出了机构的静力学模型,应用胡克定律分析并建立了串并混联机构的刚度矩阵模型。在ANSYS Workbench中对机构进行静刚度分析,得出机构在各极限位姿下的最大变形量,计算出最小刚度,通过对结果分析给出了相应的优化和改进意见。(5)运用虚功原理对该2(2-UPR+RPU)串并混联机构进行了动力学分析。基于虚功原理,利用机构的Jacobian矩阵、惯性矩阵建立分支链驱动力、力矩与执行端动平台之间的关系。之后,运用虚功原理,构建得到外载荷与驱动力、各部件受力之间的关系,从而建立串并混联机构的动力学模型。通过数值算例分析了驱动力变化情况。