目前空间曲面零件打磨主要由人工完成,存在工作环境差、打磨效率低,且零件表面质量均一性差等问题。在自动化打磨领域,应用较广的打磨机器人为串联机器人。串联机器人具有结构简单、控制便捷等优点,但因其重复定位精度低、刚度低,不适用于较大的精密零件打磨。少自由度的并联机器人因具有重复定位精度高、刚度高、结构紧凑、易于控制的特点,在机器人加工行业得到广泛关注。但是相对串联机器人,其工作空间小,不适用于大尺寸零件打磨。为此,本文设计一种3-RUU同轴布局的并联机构打磨机器人,从构型分析与设计、运动学分析、动力学建模、机器人控制等方面展开理论研究,并进行了样机控制试验。研究结果表明同轴布局并联机器人有效扩大了并联机构的工作空间,为空间自由曲面零件的自动打磨提供了有效方案。主要研究工作与结果如下:（1）对同轴布局并联机构进行了构型分析,并对比连接铰链对机器人工作空间影响。根据打磨零件的尺寸要求,设计具有3个平动自由度的3-RUU型同轴布局并联机构打磨机器人。分析了机器人支链的分布形式对并联机构运动性能的影响,得出多支链杆簇构型能够显著降低末端动平台的伴随运动。通过对比分析支链连接铰链对机器人工作空间的影响,选取U型铰连接关节以期获得更大的工作空间。（2）建立3-RUU同轴布局并联机构的运动学模型。运用几何法建立机器人的逆运动学模型。利用NURBS曲线拟合机器人的打磨轨迹,由于并联机构具有高度耦合的特点,为清晰地描述机器人的运动特性,采用Frenet标架法规划运动轨迹,得到末端动平台的位移、速度和加速度,再通过运动学逆解获得各个驱动臂的运动参数,利用Matlab进行运算,并与Adams仿真结果对比,验证了运动学模型的准确性。（3）采用旋量理论建立机器人各杆件之间的运动关系,结合虚功原理建立3-RUU同轴布局并联机器人的动力学模型。利用Matlab求解动力学参数,三个驱动臂的驱动力矩的计算结果与Adams仿真结果一致,验证了动力学模型的正确性。（4）为了提高机器人打磨的轨迹跟踪精度,以动力学模型为基础,设计了3-RUU同轴布局并联机构的滑模控制器。3-RUU同轴布局并联机构是强耦合的非线性系统,提出一种基于动力学模型的改进趋近律的滑模控制器以期实现精准的运动跟踪控制。为了改善机器人的动态性能,以轨迹跟踪精度及收敛速度为控制目标,设计了一种基于永磁同步电机的速度调节控制器,并利用Matlab/Simulink进行机器人控制仿真分析。与传统PID控制对比仿真试验表明,所设计的滑模控制器跟踪精度高,稳定性好,响应时间短。（5）构建了3-RUU同轴布局并联机构打磨机器人的试验样机。预设圆形打磨轨迹,进行了打磨机器人的运动控制试验,并对机器人的电机实际运行状态进行监测,结果表明机器人控制器能够实现良好的运动跟踪,验证了控制器的有效性,为机器人样机的运动控制提供理论与技术基础。