机器人机构构型理论的研究具有十分重要的理论和实际意义,是目前国际学术界和工业界广泛关注的热点和前沿。机器人机构的构型理论首先要建立在对其末端运动特征和末端运动约束特征的准确描述上,而在这方面的研究还不完善。本文从机构携带的运动信息出发,从一个新的角度研究了机器人的构型问题。(1)从机器人机构的末端输出运动特征角度,概括了机器人机构的4种基本运动形式,主要包括移动基、转动基、左螺旋基和右螺旋基,它们是构成机器人机构末端运动特征的最小要素。在此基础上,把机器人机构末端执行器所具有的一些特定的运动特征定义为运动单元,提出包括移动单元、转动单元、螺旋单元等在内的18种运动单元,它们是构成机器人机构末端运动特征的最小功能单位。上述概念是本文研究工作的基本前提。(2)基于运动学的基本原理,给出运动单元的加法运算,用于表示运动单元之间的合成。建立移动单元与移动单元、移动单元与转动单元、转动单元与转动单元的加法运算法则。基于集合论的思想,给出运动单元的求交运算,表示运动单元之间公共要素的求解。建立移动单元与移动单元、转动单元与转动单元的求交运算法则。运动单元的加法和运动单元的求交两种运算法则的建立是本文研究工作的重要理论基础。(3)提出G_F集的概念,用于表示机器人末端执行器所具有的运动特征,从G_F集的角度研究机器人机构的分类问题。建立运动单元和运动关节之间的对应关系,给出设计机器人支链和求解已知支链的末端运动特征和G_F集表达式的方法。(4)提出基于运动基和G_F集的串联机器人构型理论、并联机器人构型理论,系统研究机器人构型分析与综合问题。给出求解已知构型的串、并联机器人机构的末端运动特征和设计具有确定的末端运动特征的机器人机构的具体方法和步骤。通过将该理论与工业实践相结合,解决并联组合式大型锻压机的构型设计,解决用于复杂工件的多工位灵巧焊接变位机的构型设计等实际问题。