面向复杂结构件机器人加工装备设计需求，提出一种2PRU&1PRS-XY型混联机器人。为将该混联机器人应用于高性能机械加工任务，在其工作空间、运动/力传递性以及灵巧度分析的基础上，定义了用于工作全域性能评价的传递稳定性指标与精度差异性指标，提出了一种基于多目标均衡优化思想的尺度设计方法。该方法采用标准化方法简化多参数设计空间，应用响应面法与主成分分析法提高优化求解效率，结合主客观组合赋权法与基于TOPSIS的Pareto前沿法实现多指标综合性能评分。运用所提方法，得到了4种兼顾优化求解效率和多目标均衡优化的尺度参数设计方案，实现了2PRU&1PRS-XY型混联机器人主要尺度参数的优化设计，为设计者提供了具有不同工程设计倾向的多目标均衡决策参考。