二自由度平面平移并联机器人作为并联机器人的重要组成部分,由于自由度少、结构简单、控制容易以及造价低廉等优点,在电子、包装、医疗等轻工业领域中有着广阔的应用前景。以一种新型二自由度平移并联机器人为研究对象,着重分析了该机器人机构的运动学、工作空间、空间静刚度和力传递特性,并在此基础上进行了优化设计。基于DH法建立了复合支链(3-UPU并联机构的一种奇异位形结构)中子约束支链的运动学方程,并利用几何约束条件,分析该奇异位形结构下的运动特性,然后通过算例和运动学仿真软件对该结果进行验证。通过改变复合支链中运动副的布置方式,提出了几种拓扑结构,并在此基础上构造了二自由度平移并联机器人的新机构。通过二自由度平移并联机器人的等效平面机构,建立了运动学约束方程,采用求导法获得了机构的输出速度和加速度方程,并对机构的奇异位形进行了分析。基于虚拟机构法建立了机构的全域尺寸设计空间,利用工作空间和尺寸设计空间的一一对应关系,分析了工作空间在尺寸设计空间中的分布规律。基于小变形叠加原理和虚拟机构法,提出了一种较全面的空间静刚度的分析方法,采用该方法建立了二自由度平移并联机器人的六维空间静刚度模型,分析了机构的主刚度和主方向。利用有限元软件对该机器人机构与等效的平面并联机器人机构的空间静刚度进行比较,验证了该机器人机构具有更高的侧向刚度。利用传动角与坐标系无关的特性,定义了一种无量纲的空间并联机器人的可操作性能评价指标,用该指标并结合尺寸设计空间对二自由度平移并联机器人进行了综合优化,取得了良好效果。