指向机构广泛应用于航空航天领域,其指向精度和稳定性具有很高要求。指向机构工作时会受到外界干扰的影响,可以通过串联并联补偿机构对干扰进行补偿。这不可避免需要一个中间平台,不仅增加了整体机构质量,也增加了额外的负载和能耗。为了实现指向和干扰补偿解耦的轻量一体化设计,本文提出无中间平台的串并联运动等效机构构型思想和机构综合方法,并对对称三支链串并联运动等效机构进行综合。针对指向应用领域,采用3-RRCPR机构作为新型并联指向机构构型,对其运动学与动力学、优化设计、误差分析与运动学参数标定开展了相关理论与实验研究工作。论文主要研究内容如下:串并联运动等效机构综合方法研究。基于两个并联机构串联构成的串并联机构,分析串并联运动等效机构组成原理、运动特性和约束变化特点。基于螺旋理论,提出了与两个并联机构串联构成的串并联机构运动等效的判别条件,进而提出了串并联运动等效机构构型综合方法和综合流程。对称三支链串并联运动等效机构综合。采用提出的运动等效机构综合方法,对对称三支链三运动自由度、四运动自由度、五运动自由度和六运动自由度的运动等效机构进行构型综合,并分别建立了综合出的各运动自由度运动等效机构三维模型实例,分析了相应机构的应用前景。新型并联指向机构运动学与动力学建模。针对精密指向领域的应用需求,选取综合出的3-RRCPR机构作为新型并联指向机构构型。利用运动等效特性,根据3-RRR子机构和3-CPR子机构运动学建立了3-RRCPR并联指向机构的运动学模型,基于运动学模型,利用Newton-Euler法建立了其动力学模型。新型并联指向机构优化设计与样机研制。综合考虑运动/力传递指标、可达工作空间和轻量化对新型3-RRCPR并联指向机构进行优化设计。利用图谱法,基于运动/力传递指标对机构的结构参数进行了优化设计。针对影响机构可达工作空间的连杆干涉问题,提出了干涉分析方法。考虑尽可能地减小干涉空间,对连杆进行了结构设计。基于响应面法,利用ANSYS软件,对新型并联指向机构的连杆进行轻量化设计。根据优化设计后的指向机构参数,利用Adams软件对其进行了仿真验证。对新型3-RRCPR机构与3-RRR+3-CPR串并联机构的静力学特性进行了对比分析。对零部件进行加工制造与采购,搭建控制系统,研制了新型并联指向机构物理样机。新型并联指向机构误差分析与标定。根据3-RRCPR机构运动等效特性,通过添加虚设构件,提出闭环矢量叠加法,建立新型并联指向机构的误差模型,并进行了误差分析和误差灵敏度分析。基于误差模型建立了新型并联指向机构的运动学误差参数标定模型。通过激光跟踪仪进行运动学参数标定实验,利用最小二乘法对新型并联指向机构运动学误差参数进行了标定。