传统Stewart型并联调姿机构工作空间有限,输出末端调姿不够灵活,控制算法复杂。混联机构易于解算,便于控制,在机械工业中有着广阔的应用前景。为满足小型天文望远镜灵活快速、精确控制的调姿需求,本文提出一种由两层3-UPU并联机构串联而成的混联调姿机构,对其进行了运动学分析、刚度分析、调姿误差分析,以及样机研制和实验。利用混联调姿机构移动平台和转动平台的空间几何约束关系以及其空间坐标变换,建立了混联调姿机构的运动学模型,对调姿机构进行了位置、速度、加速度的数值求解。得出混联机构运动的极限位姿。应用罗德里格斯公式解决了转动平台运动学正解中需要解决超越方程组求解的问题。在Adams中建立了虚拟样机模型,进行了混联调姿机构运动学仿真;构建五次多项式轨迹规划函数,对混联机构进行了调姿轨迹规划仿真。进行了虚拟样机仿真结果和理论结果对比分析,两者结果基本一致。但当虚拟样机存在装配误差时,仿真过程中会出现微小的伴随运动,进而影响位姿调节精度。应用守恒协调刚度矩阵公式,以刚度矩阵的最大特征值作为刚度评价指标,分析了混联调姿机构角刚度以及线刚度在工作空间上的刚度投影;利用Ansys有限元软件对机构进行了静力学仿真,仿真结果同理论计算结果的误差为10%,验证了理论刚度计算模型的正确性。结果表明:调姿机构在调姿过程中的线刚度和角刚度的最大特征值具有沿工作空间对称分布的特征,在极限位置时刚度最小;对混联机构进行了模态分析,确定了调姿机构的共振频段。结果表明:转动平台的动平台在共振过程中变形最大,具有径向振动和弯曲振动两种振动形态。利用运动微分法对混联调姿机构进行了位姿误差建模。分析了调姿机构的结构误差对位姿误差的影响,分析得出驱动杆长误差是影响调姿机构位姿误差的主要影响因素,通过在Adams中建立参数化模型,进行了位姿误差验证。研制出两层3-UPU混联调姿机构样机,完成了混联调姿机构转动平台的转角实验。结果表明:实验结果同轨迹规划仿真结果基本一致,转动平台精度测量的最大误差为0.24角分。