少自由度并联机构，特别是2、3自由度的新型并联机构是并联以及混联机器人机构创新和性能评价的基础和重点，有着重要的应用前景和开发价值。最近十年以来，提出了大量的2、3自由度的并联机构，然而实际在用的并联机构的数目却非常少，阻碍其广泛应用的原因主要有两方面：(1)并联机构的比较和优选困难。机构类型的多样性，使得适合于特定操作任务的最佳的机构方案难以选择；(2)机构参数的优化设计困难。机构的性能指标依赖于其拓扑类型、驱动布局和设计参数，难以进行全局优化设计。本文首先构建了一类2自由度平面并联机构(PPKM)，然后提出一个系统的方法来研究它们的优选问题，目的是为规定的操作任务选择一个最合适的机构方案。主要工作如下：　　首先，完整地构建一类含PRR分支的PPKM，并给出每个机构唯一的和明确的描述。主要包括三个方面的工作：(1)分析了六种不同分支的五杆机构，从中选择分支为PRR、以固定在静平台上的P关节作为驱动关节的PPKM作为研究对象；(2)以两自由矢量的独立方向数为依据，分析了该类PPKM的三种驱动布局，并采用与坐标系无关的结构参数描述每种布局；(3)提出统一的方法描述该类PPKM，每个机构都可以根据其驱动布局类型和结构参数给以唯一描述，在此基础上建立了机构统一的运动学方程、雅可比矩阵以及各向同性条件，并编制了对应的运动分析软件，以避免单个机构的分析和大量的符号运算。　　其次，对三种典型驱动副布局的PPKM的性能进行了研究，主要包括三方面内容：(1)根据机构几何约束，采用归一化原理建立了三种机构的设计空间模型；(2)系统地分析了三种机构的理论工作空间、奇异轨迹以及灵活工作空间与机构杆件尺寸参数以及与机构控制模式之间的关系，讨论了其在机构尺寸设计空间内的分布规律，为优选控制模式提供依据；(3)分析了三种机构的全局条件数、全局速度指标、全局刚度指标以及空间利用率指标与机构杆件尺寸参数之间的关系，并绘制了相应的性能图谱。提出了一种新的空间利用率指标，以机构最大规则形状灵活工作空间与整个机构占地面积之比作为空间利用率，更具实用价值。同时，在机构工作空间求解过程中，简化了传统的边界搜索法，提出了一组高效的、只在边界附近搜索验证的算法来确定PPKM可达的、灵活的工作空间及其边界，以及包含在它们内部的最大规则形状的灵活工作空间。　　再次，提出一种优选方法，从三种PPKM中为规定的操作任务选择一种最合适的机构方案。优选标准考虑了每个PPKM的全局条件指标、全局速度指标、全局刚度指标和空间利用率指标。优选工作分两个层次进行：(1)对三种布局PPKM进行优化设计，确定了三个运动学参数优化的PPKM，使每个PPKM都能产生一个规则灵活工作空间尽可能接近所给定的操作任务；(2)考虑不同的优选标准，确定一种最合适的机构方案。　　最后，利用优选的机构进行了5自由度混联高速喷涂机器人的设计。首先，根据操作任务进行了并联机构的尺寸综合；然后，分析了并联机构部分的局部性能，利用Langrane方程建立了机构动力学模型，在Solidworks软件中建立虚拟样机并进行运动轨迹规划和受力仿真；研制单喷枪、三喷枪协同喷涂二款五轴混联高速喷涂机器人，并比较了这二种结构的性能优劣。