近年来,随着世界范围内“工业4.0”浪潮的兴起,各国纷纷专注于制造业的转型升级,提高制造业水平和自动化程度是大势所趋。机器人是自动化时代的标志,也是智能化时代的基石,以工业机器人技术为代表的智能化生产线将会得到越来越广泛的关注。Delta机器人,因其高精度、高刚度、高负载自重比的优势特点,在包装分拣、3D打印、医疗手术、微动机器人等领域得到广泛的应用。本文以3-PUU并联机器人为研究对象,以其运动控制为主线,分别从运动学分析、全工作空间性能分析、动力学建模与简化、动力学控制策略等方面对类Delta机构的3-PUU并联机器人进行理论研究,为进一步提高机器人的动态操作性能奠定基础。本文的研究内容包括:(1)建立并简化3-PUU并联机器人几何模型,运用闭环矢量法与杆长约束条件推导其位置逆解,并求导得到其速度模型以及加速度模型;在雅可比矩阵基础上,提出了无量纲化的刚度性能指标和综合灵巧度指标,并通过极限边界搜索法分析比较不同构型的并联机器人全可达工作空间内的性能分布情况。(2)采用虚功原理,分析机器人各部件在虚位移下所受广义力,建立3-PUU并联机器人的完备动力学模型,并分析电机驱动力矩各组成分量的权重。为解决完备动力学模型计算量大、实时性差等问题,首先基于忽略次要因素的原则,忽略权重较低的物理分量,建立简化模型。其次基于静力等效原则,将从动杆的质量按比例分配到两端的驱动滑块和动平台,建立简化模型。最后对比两种简化模型的计算效率和精度,确定最终的简化方案,并将动力学模型改写为关节空间形式。(3)基于位置逆解模型和动力学模型,分别设计了基于运动学模型的三闭环PID控制器、基于动力学模型的计算力矩PD控制器和非奇异终端滑模控制器,并使用李雅普诺夫原理进行稳定性分析。以轨迹跟踪精度和系统鲁棒性为控制目标,通过MATLAB/Simulink仿真分析,得出非奇异终端滑模控制器具有更好的跟随精度与鲁棒性的结论。(4)建立MATLAB和ADAMS联合仿真模型,结合之前推导的运动学逆解模型、动力学模型以及非奇异终端滑模控制器进行验证;然后,通过激光跟踪仪对工作空间进行扫描试验,与极限边界搜索法求得的工作空间在同一Z平面下进行对比验证;最后基于自主设计的运动学控制器进行试验,验证了基于运动学模型的三闭环PID控制器的可行性和有效性。