并联外固定支架具有微创精准、固定有效等优点,在骨折复位、固定和康复领域具有广阔的应用前景。现有的由六条支链构成的并联外固定支架存在重量大、医学影像设备扫描后伪影严重等问题。为此,本文以三支链六自由度并联外固定支架为研究对象,开展了机构构型综合、运动学分析、拓扑与性能优化设计等研究工作。主要研究成果如下:1.构型综合。基于有限旋量理论,对三支链六自由度的并联机构开展构型综合分析。由并联机构末端期望运动获得六自由度支链的有限旋量标准表达式,通过有限旋量交换定律和结合定律,变换支链中运动副的类型和位置生成衍生支链。通过有限旋量的交集运算,给出支链之间的装配条件,得到一类三支链六自由度的并联机构。2.运动学分析。首先,开展三支链六自由度的并联机构的位置逆解与工作空间的分析。其次,基于有限和瞬时旋量理论的分步微分映射规律,揭示三支链六自由度并联机构的拓扑模型与速度模型之间的内在联系,简洁直观地构造出并联机构的速度雅可比矩阵,为后面的优化设计奠定理论基础。3.拓扑与性能优化设计。依据并联机构的运动/力的传递特性,虚功率传递率作为运动学性能的评价指标,并将粒子群智能算法作为优化工具,进行拓扑与性能一体化设计,实现三支链六自由度的并联机构的拓扑构型与尺度参数的优选。本文基于有限和瞬时旋量理论,在统一数学框架下开展并联机构构型综合、运动学分析与尺度综合的研究,实现拓扑结构与运动学性能的一体化设计,为开发新型并联外固定支架的物理样机并开展相关实验研究提供了理论依据。