多环耦合机构因其强度高、承载能力强、可折展、可模块化组合等特点,被广泛应用于工业机器人、航空航天、仿生机器人以及日常生活中。随着多环耦合机构应用范围的不断扩大和结构形式的不断完善,多环耦合机构的自由度求解也面临新的挑战。多环耦合机构作为一种具有复杂耦合特性的机构,因支链间存在层层嵌套的关系,支链提供的约束和运动并非直接作用于机架和动平台,导致自由度计算困难。如何根据多环耦合机构的结构特点,提出适用于多环耦合机构的自由度求解方法是当下的重点问题。基于多环耦合结构与生物神经系统结构和功能上的相似性,建立多环耦合机构与生物神经系统的映射关系,提出一种多环耦合机构自由度计算的新方法。主要包括:（1）利用神经系统的结构组成,提出多环耦合机构的拓扑分析方法;（2）基于神经元间遵循的“前馈原则、聚合原则、辐散原则”和神经系统遵循的“传入神经—神经中枢—传出神经”的信息传递原则,提出将多环耦合机构分解成独立运动模块的3种解耦模型和6个解耦规则;（3）建立运动副在互联原则下对应的输出运动计算法则,并引出多环耦合机构中的兴奋与抑制作用;（4）提出将独立运动模块转化为广义串联支链、耦合机构转化成并联机构的等效步骤。将提出的自由度分析方法分别应用到以“链”、“环”、“体”耦合的三类多环耦合机构的自由度分析中,在分析过程中对多环耦合机构自由度计算方法进行不断完善。首先,运用“链”耦合的三输出分支非对称耦合机构和两层两环耦合机构,验证了自由度分析方法的正确性。然后,针对“环”耦合机构运动副轴线方向分布不规则导致的运用螺旋理论自由度求解计算量大的问题,建立符号化表达的约束等效模型,运用含有八杆单环机构的变色魔球机构验证了所提方法的便捷性。最后,针对多面“体”可展耦合机构的特殊几何特性,提出基于图谱理论的“可视化嵌套法”,利用正四面体折展耦合机构验证所提自由度计算方法的直观性。