本文密切结合大型铝合金结构件高速铣削加工需求,系统研究一种3自由度3-(?)RS并联动力头的运动学逆解、几何与运动学约束、考虑重力场的静刚度半解析建模、轻量化设计与静、动态特性分析等问题。全文取得如下成果:建立了3-(?)RS并联机构的运动学逆解模型,分析了主、被动关节变量随机构尺度参数及位姿的变化规律;借助一种无量纲运动学性能指标,揭示了尺度参数对此类位姿耦合机构运动学性能的影响规律。在此基础上,通过设置几何与运动学性能约束,求解尺度参数可行域。提出一种计及结构件与铰链弹性变形及运动部件重力影响的3-(?)RS并联机构静刚度半解析建模方法。主要内容包括:(1)构建关节反力与外载荷及运动部件重力之间的映射关系;(2)构造计及运动部件重力影响的末端变形与关节变形的映射关系;(3)利用半解析法构造支链在界面坐标系下的柔度矩阵。该刚度模型考虑了重力场的影响,可快速预估机构末端刚度及重力场引起的末端变形在全域内的分布。结合铝合金结构件高速铣削加工需求,提出一种满足末端刚度约束的3-(?)RS并联机构轻量化设计方法。首先,根据铝合金“S”试件高速铣削加工要求及现有机床工艺参数,计算出末端刚度约束;其次,借助灵敏度分析方法,揭示主要设计变量对其所属部件在局部坐标系下柔度系数及质量的影响规律;再次,基于上述分析选取各设计变量初值,通过分析整机末端刚度是否满足需求及各部件引起的末端变形比,经多次迭代确定设计变量最优解;最后,利用静刚度半解析模型与SAMCEF有限元软件,校验最终设计方案的静、动态特性。本文工作为指导3-(?)RS并联动力头设计提供了重要的理论依据,并丰富和发展了此类并联构型装备的设计理论与方法。