TPM手控器是由杆件系统组装而成的复杂空间杆系结构,它带有局部闭链,是空间主—从机器人操作系统的主手.传统的分析方法是将手控器看作一个多刚体力学模型进行分析.近年来,机器人的操作臂朝着自身质量小、臂长、负载大等方向发展,结构具有柔性.因此,为便于操作臂的精确控制,考虑臂杆柔性的操作臂运动学、动力学研究非常重要.本文以TPM手控器为对象进行了下述研究:对TPM手控器机械臂进行了运动学分析.应用D-H通用方法,建立各连杆的坐标系统,用齐次变换矩阵描述相邻两连杆的空间关系,进而推导出爪手坐标系相对于参考坐标系的等价齐次坐标变换矩阵,建立起TPM手控器的运动学方程,并研究操作空间速度与关节空间速度之间的关系.对TPM手控器机械臂进行了逆运动学分析.应用代数法和几何规划法相结合的方法,建立TPM手控器逆运动学分析模型,给定手部任意空间位置,即可惟一确定各关节在空间的正确位姿,正、逆运动学可实现实时交互求解.对TPM手控器进行了运动弹性动力分析.TPM手控器是带有局部闭链的复杂空间机构,其各杆的截面形状、尺寸及在空间的相对位置,对其自身的频率特性及动力学性能的影响具有什么样的规律,目前相关的研究报道还很少见.本文采用瞬时结构假定方法,将TPM手控器机械臂在操作空间内离散成不同位置的结构,建立起有限元分析模型,对其进行了准静态分析和运动弹性动力分析,从控制弹性变形和降低低阶谐振目标出发,对TPM手控器机械臂的结构参数进行了优化,并给出了优化后的结构参数.最后应用广义惯性椭圆概念,对TPM手控器的动力学性能进行评价,进一步优化手控器机械臂的结构,以期工作性能最优.本文的工作,为高性能的TPM手控器的结构设计提供了理论依据,对于相似的机器人操作臂的设计和分析也具有一定的借鉴和指导意义.