同串联与并联机构相比,混联机构兼具有运动速度高、累计误差小、承载能力强、工作空间大等其两者的优点,近年来在各领域得到了广泛应用。伴随工业科技水平的不断提升,混联机器人的应用向着高速、高精度方向发展,由此对混联机器人本体结构和动态性能以及控制方面提出了更高要求。基于上述背景,本文对一五自由度混联机构的动力学、含间隙动力学以及控制器设计展开研究。本文以五自由度3-CPaR&R₁R₂混联机构为研究对象,首先,基于其空间位置关系与结构特性建立该机构的运动学约束方程,对其各运动关节参数进行求解分析;然后,对机构动能和势能进行分析并运用拉格朗日方程建立该机构动力学模型;最后,运用Maple软件对该数值模型进行解算分析,将所得各驱动关节广义驱动力曲线与Adams软件仿真结果对比,验证该动力学模型的有效性。为研究关节间隙对机构输出特性以及混沌现象的影响,首先,基于该3-CPaR&R₁R₂混联机构的动力学分析,采用扰动坐标法设定间隙坐标并建立间隙关节运动模型,从而建立该混联机构的含间隙运动学模型;然后,基于Flores接触模型与修正Coulomb摩擦模型对间隙关节法向接触力和切向接触力进行建模并将其关节接触力向广义驱动力处转化,利用非完整系统Lagrange方程法完成含间隙3-CPaR&R₁R₂混联机构动力学建模;最后,通过仿真计算对不同的间隙尺寸及驱动速度条件下机构混沌现象及动态特性进行对比分析,同时对机构稳定性与关节元素间碰撞的关系进行探讨。针对不同物理条件下含间隙关节的磨损特性,首先,在含间隙动力学建模分析基础上考虑关节润滑因素,并采用Sommerfeld润滑条件下的轴颈轴承润滑模型建立其关节润滑力模型,其次,采用Flores提出的混合模型对碰撞接触力与润滑力进行整合并嵌入含间隙动力学方程;然后,基于Archad磨损模型进行磨损计算;最后,通过数值仿真详细分析不同的间隙尺寸及驱动速度对于间隙关节磨损特性的影响并对比有无润滑条件下间隙关节磨损的计算结果,进一步分析润滑因素对于机构动力学特性及稳定性的影响。为确保该混联机构在实际工程应用中可充分发挥其运动学与动力学性能,本文对混联机构运动控制器展开研究,针对常规PID控制的不足,将PID控制与模糊控制相结合,设计了模糊PID控制器,并运用MATLAB/Simulink与Adams进行联合仿真,验证控制算法的有效性,并通过添加扰动信号对比分析常规PID控制与模糊PID的控制效果。