串联结构的工业机器人具有工作空间大、运动灵活等优点,在航空制造领域已经有广泛的应用。本文面向机械加工的应用需求,设计了一种新型三自由度机器人的机身和臂部,并为其配套设计了多款末端执行器,可使机器人在机械加工领域内完成以钻削为主的多功能作业。通过理论、仿真分析以及实验验证对机器人动态性能进行了研究。论文进行的研究工作具体如下:（1）根据机器人的功能要求以及具体工作参数对机器人的结构进行设计,并通过分析计算完成驱动系统的选型;机器人的机身采用双电机直驱、涡轮蜗杆传动的结构形式,提高了机器人系统的刚性和伺服性能;机器人臂部是一种开、闭链混合的结构形式,在末端负载作用下受力更为均匀,并且不受外部弯矩负载的影响;臂部采用电机直驱无需减速器,具有良好的动态性能和客观的经济性;新型机器人整体刚性好,并通过电气和机械消隙相结合的方式提高其运动精度。（2）完成机器人运动分析,对其臂部尺寸参数、直线执行器的行程和安装距离、工作空间之间的关系分析后优化机器人臂部尺寸;对机器人进行参数化建模并完成动力学仿真,与等效的工业机器人相关性能参数进行对比,分析了本文机器人在承载特性方面的优势;构建机器人力学模型,运用半解析法创建机器人刚度预估模型,实现对机器人的工作空间内的全域刚度分析,并对工作空间内的刚度多解问题进行处理。（3）建立机器人运动模型,基于Robotics Toolbox工具箱求出机器人的工作空间;完成对机器人钻削作业中定位和直线插补的轨迹规划;根据Matlab轨迹规划结果、机器人臂部尺寸的几何关系以及直线执行器电机转动角度和对角线长度的关系求解出对应电机的转动圈数,转速和角加速度。（4）完成机器人控制系统的设计并搭建样机实验平台,通过优化后的PID算法控制机器人进行相关实验,验证了理论分析的正确性。针对实验中的不足进行分析,优化和改进了样机的结构,并更换了实验样机的直线执行器以及控制系统,搭建新一代样机实验平台,进行相关实验,对实验结果进行分析。