随着天文学的发展,望远镜的分辨率要求越来越高,对副镜的支撑提出了更高的要求,传统的四翼梁式支撑结构可以实现自动调焦,但不能主动校正副镜的姿态,因此,设计具有两个转动一个移动自由度的副镜支撑机构,实时、稳定、高精度地调整副镜相对主镜的焦距和姿态,具有重要的现实意义。本文以望远镜副镜三自由度并联支撑为背景,围绕三自由度并联机构的设计主线,开展了构型设计与选型、运动学设计、精度分析与设计、结构参数优化设计、仿真平台设计等五方面的研究。并联机构的设计首先需要进行构型设计和选型。根据期望两个转动和一个移动自由度的需求,采用约束螺旋理论设计了三支链、采用添加约束法设计了四支链对称的三自由度并联机构。在此基础上,综合考虑并联机构的结构对称、结构简单、结构紧凑、低惯性等定性指标,以及伴随运动小、全局条件数大、运动副刚度大精度好等定量指标,最终选取3-RCU构型作为望远镜副镜并联支撑。本文提出分类建模方法,建立两转一移三自由度并联机构的统一运动学模型、速度传递模型和误差传递模型。根据并两转一移三自由度并联机构的驱动和约束特性,分类建立了运动学模型；在此基础上,建立了运动支链的D-H矩阵模型,全面反映各运动支链的运动副和杆件的运动特性；建立了并联机构的速度传递模型,反映驱动速度与动平台的有效位姿变化速度之间的映射关系,并得到机构的速度Jacobian巨阵和全局条件数。同时,对并联机构的姿态描述进行了深入讨论,引入zxz欧拉角法研究机构的伴随运动和姿态空间,引入YXY欧拉角法研究机构速度Jacobian矩阵、全局条件数和误差传递模型。考虑并联机构具有两个转动一个移动自由度,定义了两个欧拉角和一个移动的微小摄动为机构的有效位姿误差,基于误差摄动原理和机构的速度传递模型,建立了运动副安装误差(包括结构偏差)、运动副间隙误差和支链驱动误差(包括传感误差)等主要误差源到动平台有效位姿误差的全误差模型；然后,推导了3-RCU并联机构的最大误差模型,分析了各主要误差源对动平台有效位姿误差的误差灵敏度；最后,分别研究了基于灵敏度和基于成本的3-RCU并联机构精度设计,并采用遗传算法实现了3-RCU并联机构的精度设计。根据两转一移三自由度并联机构的运动特点,推广了机器人包含工作空间和全姿态工作空间的概念,定义了两转一移并联机构的可达工作空间和灵活工作空间,以及工作空间体积；然后讨论了并联机构的约束条件,并基于区间分析方法计算了3-RCU并联机构的工作空间,分析了工作空间的形状特点。确定以动平台半径、连杆中心位置长度和驱动行程与静平台半径的比值为设计变量,分析了全局条件数、最大位姿误差和工作空间体积等3个性能指标随3个设计变量的变化规律,优化设计得到3-RCU并联机构的关键结构参数。最后,利用Matlab GUI工具箱设计了两转一移三自由度并联机构仿真平台,重点研究了3-RCU并联机构的可视化运动仿真模块。基于SolidWorks软件建立了机构的三维实体模型,基于SimMechanics工具箱设计了机构的运动学和动力学控制系统,包括轨迹规划模块、控制器模块、并联机构模型模块和显示模块等,实现了3-RCU并联机构的可视化运动仿真研究。