传统并联机构是由多条支链连接在动平台和基座之间构成的多环闭链结构,由于多支链和多环闭链结构,造成并联机构存在结构复杂,工作空间小等缺点,影响了机构的性能。简化并联机构的结构,增大工作空间成为提高并联机构性能的关键。多自由度单环并联机构由两条支链构成,其结构简单、工作空间大,既能够克服传统并联机构的缺点又能保留其优点。因此,开展多自由度单环并联机构的构型综合研究,设计新型并联机构,这对于提高机构性能,改善传统并联机构弊端,有着重要的作用。针对多自由度单环并联机构驱动不理想的问题,提出了一种新型多自由度驱动单元的设计方法。基于李群理论,通过对运动副和运动链对应的位移子集进行运算,推导出多自由度驱动单元的运动类型。然后利用差动传动原理,根据运动类型设计多自由度驱动单元,最后得到了单环并联机构的理想驱动单元——二自由度驱动单元和三自由度驱动单元。针对传统三自由度并联机构结构复杂、工作空间小等问题,提出了一种由二自由度驱动单元驱动的三自由度单环并联机构拓扑结构,研究了这类单环并联机构的构造方法,采用基于螺旋理论和虚功原理的约束综合方法综合出了一类基于二自由度驱动单元的三自由度单环并联机构。三自由度单环并联机构可用作机械腿机构。用一种单环并联机构作为机械腿机构,设计了一种全向步行机器人。通过对单环并联机构进行运动学分析和对步行机器人进行步态规划和运动仿真,展示了这类机构运动学简单、工作空间大的优点和步行机器人运动灵活的优点。通过对三自由度单环并联机构两条支链的驱动单元进行集成化设计,提出了一种基于三自由度驱动单元的三自由度单环并联机构拓扑结构。基于李群理论提出了新型三自由度单环并联机构的构型综合方法,构造了一类由三自由度驱动单元驱动的具有3T、2T1R、2R1T运动的新型三自由度单环并联机构。根据新型三自由度单环并联机构的运动特征,将其用作机械腿,设计了一类可实现高速运动和全向运动的步行机器人。将新型单环并联机构与经典的并联机械腿进行性能比较,证明了新型单环并联机构作为机械腿所具有的应用优势。针对多支链3T1R-并联机构结构复杂和两支链3T1R-并联机构驱动单元不理想的问题,结合多自由度驱动单元的结构特点和运动特征,提出了两种由多自由度驱动单元驱动的3T1R-单环并联机构拓扑结构。引入可实现全周旋转运动的输出连杆连接方式,然后基于李群理论提出了具有大转角运动的3T1R-单环并联机构的构型综合方法,综合出了两类具有大转角或全周旋转运动的3T1R-单环并联机构。通过运动规划和仿真验证了这类机构的大姿态工作空间性能。针对工业生产线上对分拣机器人和自动装配机器人的需求,设计了一种结构简单的具有3T1R运动的CRH-RRC单环并联机器人。建立了CRH-RRC单环并联机构的运动学和动力学模型,对机构的位置、速度、加速度、工作空间、奇异性及动力学性能进行了分析,并将其与经典的SCARA串联机器人进行了运动学和动力学性能比较。