本文紧密结合并联结构主轴头工程应用中存在的可靠性与精度问题,在国家自然科学基金和天津市自然科学基金重点项目的资助下,研究一平动两转动并联动力头——A3头的限位保护方法、误差测量位姿轨迹优选方法以及基于主元分析的误差辨识及补偿方法,为保障此类装备安全可靠运行、完善几何精度保障体系提供重要理论基础。全文主要研究内容如下:在并联动力头限位保护方法研究方面,以机构位置正、逆解分析为理论基础,以位姿判断简化算法为评判依据,以机构可达空间边界位姿参数为约束条件,系统探究在并联动力头上实现快速、稳定、可靠限位保护的可行性,提出一种基于现有数控系统软、硬件基础条件的A3并联动力头限位保护方法。仿真结果表明,该方法通过软、硬件相结合的方式,限位范围可覆盖95%以上机构可达空间,有效解决并联结构机床实时限位保护的问题,提高此类拓扑结构机床的操作安全性。在误差测量位姿轨迹优选方法研究方面,基于机构几何误差模型建立A3头末端合成误差与各几何误差源之间的统计学通用映射模型,通过灵敏度分析揭示各几何误差源对机构末端位姿误差数字特征的影响规律;基于最优化问题的思路,提出一种以灵敏度分析结果为评判依据的误差测量位姿轨迹优选模型,为机构在工作空间内优选出适用于球杆仪测量的最佳圆形位姿轨迹提供重要理论依据。在几何误差辨识与补偿方法研究方面,借助距离误差测量信息,构建机构几何误差源与末端位置误差之间的函数映射关系,推导出A3头基于距离误差的线性回归函数模型;基于主元分析思想,提出一种适用于并联动力头的以改善辨识矩阵性态来提高辨识算法鲁棒性的LS-PCA辨识算法;引入残差分析方法,对辨识算法的鲁棒性进行验证分析。本文的研究成果对于改进A3并联动力头的运行可靠性和安全性、丰富和完善这类装备的几何精度保障体系具有重要的理论意义和实用价值。