计及服役环境需求的并联机器人机构拓扑设计与性能设计是机器人与机构学研究的重要问题。本文基于有限和瞬时旋量理论,围绕并联机器人机构拓扑与性能集成设计方法开展系统研究,内容涉及拓扑与性能的集成表征、集成建模和集成设计,以及相应的数字化设计软件等,具体如下:（1）在集成表征体系研究方面,揭示拓扑与性能集成设计与刚体连续和瞬时运动集成表征的内在联系;借助对偶数定义刚体连续运动和瞬时运动集成表征格式及其运算定律,为实现拓扑与性能集成表征、建模和设计构建统一数学架构;分别对运动关节、组成支链和并联机构的运动进行参数化表征,并建立拓扑结构及其尺度参数与机构运动的代数映射关系,从源头上解决拓扑设计和性能设计相互割裂的问题。（2）在集成建模方法研究方面,利用拓扑参数量化描述并联机构的拓扑特征,探讨由期望运动生成所有可行机构的逆向拓扑建模流程;基于机构拓扑与运动的映射关系,利用代数运算将拓扑参数由拓扑模型传递至机构的位移、速度和加速度模型;分析机构的受力特征,借助各层级运动模型构造拓扑参数与尺度参数共同驱动的运动学、静力学与动力学模型,形成基于“参数化拓扑建模-运动表征与映射-参数化性能建模”等环节的拓扑与性能集成建模方法。（3）在集成设计方法研究方面,以拓扑参数和尺度参数为设计变量,构建拓扑和性能集成设计模型。针对设计变量冗余耦合、多个优化目标相互竞争等问题,基于参数的代数特征分别采用互斥子集构建和参数重定义的方式进行参数解耦;根据互斥子集将优化模型拆分为若干子优化模型并分别开展优化设计,基于解的支配性原理提出总体优化解集构建方法;借助信息熵理论对性能指标进行客观赋权,定义最优性能机构决策原则。利用上述理论方法开展定轴线Sch?nflies运动并联机构拓扑与性能集成建模和设计,获得最优机构拓扑及其尺度。（4）在数字化设计软件研发方面,构建并联机构集成设计软件的功能架构和逻辑框架;以拓扑与性能集成设计理论方法为指导,提出模型驱动的机构数字化设计实现方法;从机构组成原理入手,建立构件库,研究机构三维模型可视化技术;围绕核心算法模型及页面设计等方面进行功能模块开发。以变轴线一平动两转动并联机器人机构研发为例,开展拓扑与性能集成设计,验证软件有效性。上述成果进一步丰富了机器人与机构学的基础理论研究,并可有力支撑机器人机构的创新设计与工程应用,因而具有重要的理论意义和实用价值。