球面2-DOF并联机器人具有结构简单、控制方便和造价低等特点,有着重要的应用前景和开发价值。由于冗余驱动可以改善并联机器人的性能,所以球面2-DOF冗余驱动并联机器人可以更好地完成球面2-DOF 5R并联机器人的工作任务。本文以球面2-DOF冗余驱动并联机器人机构为研究对象,进行了运动学优化设计和动力学分析。本文首先对球面2-DOF冗余驱动并联机器人进行运动学分析,根据机构约束方程,建立了逆向雅可比矩阵;研究了工作空间与机构尺寸间的关系。利用几何法和微分流形方法研究此种机构的奇异情况,对机构奇异位形进行分类,推导了奇异发生的数学判别条件。利用设计空间,研究了机器人机构的工作空间面积、灵巧度、承载能力、速度和刚度等全域性能指标,在此基础上提出百分位性能指标的概念,得出几种全域性能指标在设计空间内的百分位分布规律。同时根据百分位性能图谱编写机构的优化程序,对机构尺寸参数进行优化,并给出了几个优化设计实例。结合拉格朗日方程和拉格朗日—达朗伯方程对球面2-DOF冗余驱动并联机器人机构进行动力学分析,建立该机器人的动力学数学模型。编写球面2-DOF冗余驱动并联机器人逆向动力学仿真运动程序,规划了一组典型运动,得到驱动关节的运动状态,同时根据该并联机器人的动力学数学模型,得到驱动关节的力矩变化曲线。最后以ADAMS为平台,对机构进行运动学仿真。