本文密切结合食品、医药、电子、轻工等行业自动化生产线轻小物料高速搬运的需求,研究一种外副驱动、含四条平行四边形支链的SCARA型高速并联机器人的设计理论与振动控制技术,涉及机构创新、运动学与动力学建模、集成优化设计、抓放轨迹规划,以及基于输入整形的残留振动抑制等内容,旨在为这类机器人的自主设计、性能提升奠定重要的技术基础。全文取得了如下创造性成果:在机构创新方面,采用位移流形法揭示出采用4条外副驱动平行四边形支链+双平台拓扑构型实现SCARA运动的结构学原理,根据双平台间相对运动的自由度数目及类型,设计出一种双齿条齿轮+导轨副传动装置。利用该装置发明的C4高速并联机器人结构紧凑、精度和刚度高,具有良好的应用前景。在集成设计方面,针对目前高速并联机器人的设计大多仅考虑运动学性能的局限性,建立了可全面反映系统运动学、刚体和弹性动力学全域综合性能的评价指标体系,提出一套包括动力尺度综合、动应力校核和驱动器参数匹配在内的尺度-结构-驱动器参数集成优化设计方法,并据此开发出具备高速(10 m/s)和高加速(150 m s~2)运动能力的C4机器人工程样机。在轨迹规划方面,提出一种基于5次B样条的平滑性最优抓放轨迹规划方法。该方法根据操作空间中路径点的几何和时间对称性,通过首先离线优化路径参数,然后在线查表得到了平滑性最优的运动规律,满足了快速抓放操作的实时性要求。仿真和实验结果表明,与现有方法相比,在运行时间等同条件下,可有效降低关节转矩峰值并提高其平滑性,进而显著降低末端执行器的残留振动。在残留振动抑制方面,揭示出系统主导模态频率随位形和负载变化的规律,提出一种以末端残留振动幅值比全域最大值最小为目标的关节轨迹整形器设计方法,以及基于概率密度分析和随机试验的抑振效果评价方法。仿真与实验结果表明,相较于未整形轨迹,末端残留振动幅值降低80%以上,显著提高了系统在高速运行时的动态定位精度。上述研究成果对丰富和发展高速并联机器人的设计理论,提高这类机器人的服役性能,推动相关技术的产业化具有重要的理论意义和工程实用价值。