给出一种基于伪刚体模型的柔顺夹持器设计方法。基于附加弹簧双滑块四杆机构构造了一种具有恒力特性的柔顺夹持机构。建立了机构位置分析模型,利用虚功原理构建运动静力学方程,分析弹簧刚度对机构输出特性的影响,获得了具有一种恒力特性的柔顺夹持机构设计方法。基于伪刚体模型,将附加弹簧以柔性模块替代,得到一种新型柔顺恒力机构。利用有限元分析软件验证该机构理论模型建立柔顺恒力机构的可行性;构造了一种具有对称结构形式的新型柔顺恒力夹持器。该柔顺恒力夹持器的设计方法也可应用于其他类型附加弹簧机构的非线性刚度特性柔顺机构设计。

微夹钳是微装配与微操作过程中直接与被操作对象相接触的末端执行器，对微装配与微操作任务的完成起着决定性作用．介绍了一种采用压电致动的微夹钳的工作原理、结构组成及实验原型，该微夹钳采用一种基于双边和单边直圆柔性铰链的单片柔顺机构实现微位移传递／放大功能，同时实现微夹钳夹爪平行移动．针对本文研究和开发的一种微夹钳的原型建立了实验装置并进行了开环位移特性测试．实验结果表明，微夹钳的夹爪能够实现平行移动，夹爪的输出位移与输入位移呈线性关系，且微夹钳单边夹爪输出位移最大可达150μm．

3-RRR柔顺并联微动平台多响应优化设计中存在各种因子影响和交互影响的情况,导致柔度不稳定。为解决此难题,将聚类分析法和响应曲面法相结合,提出一种优化该机构柔度稳健性的新的设计方法。通过建立微动平台多方向的铰链柔度运动模型,进行试验设计和聚类分析;引入响应曲面法构建响应曲面模型并且利用粒子群算法寻优求解;通过信噪比指标评判结果,得到满足约束条件的稳健优化设计方案。实例表明:引入的聚类分析方法可以为柔性铰链多目标稳健优化设计提供一种新的解决方法且效果良好。

为了解决稳健优化过程中柔顺机构多响应特性难以合理客观赋权的问题,提出一种改进灰色TOPSIS模型的多响应稳健优化方法。利用主成分分析解决多响应合理客观赋权问题;引入灰色关联分析法和TOPSIS法建立改进灰色TOPSIS模型,以灰色相对贴近度作为综合度量指标,使多响应问题转化为单响应问题;并对灰色相对贴近度进行主效应分析,获得最佳参数设计水平。通过实际案例验证了该方法的有效性。

为了解决机构在一定输入范围内需要输出常力的问题,提出在一般初始位形下,空间曲柄滑块机构（RSSP）空间柔顺常力机构的建模与参数优化方法.建立机构柔顺关节的变形量与机构无量纲几何参数的关系.运用虚功原理,建立机构输出端与外部环境接触力与柔顺关节的扭矩的力学模型.以接触力采样点相邻差值和的方法表征接触力波动特征的大小,建立起表征接触力波动的目标函数.优化得出一般初始位形下的空间柔顺常力机构的无量纲化结构参数.设计出实验装置,测得实际输出接触力.结果表明,实际接触力围绕着理论接触常力在5%以内波动.

为分析含拐点的大变形柔性梁的动态响应，建立含拐点的柔顺杆的动力学模型，基于拉格朗日方程推导其动力学方程组，在MATLAB软件中求解出其转角随时间变化的特性曲线，并与ADAMS软件仿真所得角位移曲线进行比较.研究表明含拐点柔顺机构的拐点关节依靠各杆间的动力学耦合运动，拐点关节的转角变化很大，这体现了含拐点的柔顺机构动力学模型与不含拐点的柔顺机构动力学模型的区别，柔顺机构动力学模型能精确地反映柔顺机构的运动和变形.

微操作系统中柔顺微夹持机构作为执行端是完成微操作的关键部件。提出了一种新型柔顺微夹持机构,利用虚功原理建立了该微夹持机构的伪刚体模型,推导了微夹持机构的位移方程,得到了该微夹持机构的输入位移与输出位移以及驱动力与输出位移关系。建立了该微夹持机构的三维模型,并在ANSYS软件中进行仿真,将仿真结果与理论结果进行比较,验证理论模型的准确性。最终加工了该微夹持机构并进行了实验,将实验数据与理论值、仿真值进行对比,进一步验证了理论模型的准确性。

针对多自由度柔顺并联机构刚度优化和动力学特性优化,提出一种新的柔顺并联机构结构优化方法,包括刚度优化与动力学优化两个过程,称为梁结构优化方法。刚度优化过程中对弯-扭梁结构的参数进行优化,同时对刚度矩阵每个元素单位进行统一,动力学优化的目的是在保持最佳刚度的同时获得所需要的结构动态特性。为了验证该方法的有效性,综合3自由度柔顺并联机构(θx-θy-Z)并利用Matlab遗传算法求解器和ANASY有限元仿真软件对其进行计算以及仿真分析。计算结果和仿真结果显示,优化得到的3自由度柔顺并联机构不仅能够实现较大的工作空间,而且其移动刚度比和转动刚度比分别大于200和4000,证明了该方法的有效性。