近年来,随着人口红利的减少和劳动成本的提高,以及经济的全球化和技术革新,各国纷纷专注于制造业的转型升级,尤其是在德国“工业4.0”、“智能制造”和“中国制造2025”的影响下,各国企业都在进行转型升级,其中,一个最为显著的特征是工业机器人大量出现在各个行业的生产流水线上。并联机器人作为工业机器人中特殊的一员,因其高响应、高精度、高刚度的优势特点,在各个行业中得到广泛的应用。本文在传统Delta并联机器人的基础上,将机器人驱动关节的运动方式由旋转式改为直线驱动式,研制出3-PUU并联机器人,相对于传统Delta并联机器人,具有负载能力强、刚度大等优势,但是该类并联机器人还存在运动学、动力学模型、工作空间、尺寸优化、轨迹优化、控制策略和控制系统等方面研究较少的问题,本文以轨迹规划和控制系统为主线,从运动学、工作空间、轨迹规划和控制系统等几个方面对3-PUU并联机器人进行研究。本文的具体研究内容包括:(1)运动学模型的建立及工作空间的求解。在分析3-PUU并联机器人机械结构组成的基础上,求解其自由度,结合其结构特点,建立几何模型,运用矢量法,在从动杆长的约束下求解得到3-PUU并联机器人的运动学正逆解,对其求导得到其速度模型和加速度模型;在考虑机器人运动学逆解和虎克铰约束的情况下,提出了一种极坐标变步长迭代搜索法求解其工作空间。(2)轨迹规划分析与优化。针对3-PUU并联机器人拾放操作过程中存在运动不平稳、存在冲击和抖动等问题,本文利用曲率连续变化的回旋曲线对现有门字形轨迹进行改进设计,为了简化推导复杂程度,在XOZ平面内推导出其函数表达式;然后在修正梯形加速度运动规律下,以运行时间最优为目标,利用改进后蚁群算法求解出优化后门字形轨迹参数,并在该门字形轨迹和修正梯形加速度下,对机器人进行笛卡尔空间轨迹规划。(3)控制系统设计。分析现有机器人控制系统方案的优缺点,结合本文所研究的并联机器人的特点,确定适合该并联机器人的控制系统方案,分别进行控制系统硬件和软件的设计,硬件设计基于STM32单片机技术提出一种多处理器并联运行的控制方案,并实现硬件系统中各个模块设计;基于LabVIEW开发平台针对该并联机器人所要实现的功能模块进行控制系统软件设计。(4)虚拟样机仿真与试验验证。在建立3-PUU并联机器人虚拟样机模型的基础上,采用ADAMS进行运动学仿真,与第二章推导的运动学正逆解模型进行对比验证,通过ADAMS与MATLAB联合仿真,分析优化后的门字形轨迹对机器人运动性能的影响;通过激光跟踪仪对工作空间进行扫描测试,与通过极坐标变步长迭代搜索法得到的工作空间进行对比验证;基于自主开发控制系统的样机试验,验证所设计的控制系统的可行性。