柔性机构无摩擦,无机械间隙,因此可以传递高精度,高分辨率的运动,成为精密制造领域的重要执行机构。随着精密制造技术的迅猛发展,如何设计同时具有大行程、快速响应及高定位精度的柔性机构成为人们研究的关键问题。为此,本文基于片簧式柔性铰链设计了一种可实现高精度定位的大行程平面三自由度柔性并联机构,建立了机构的柔度、运动静力学及动力学模型,结合非线性有限元仿真及实验测试了机构的运动学性能及运动特性。本文的主要研究成果和结论如下:考虑大行程片簧式柔性铰链变形时产生的寄生运动,利用柔性平行四杆机构设计了两种柔性平动铰链和一种柔性转动铰链,并使用刚体替代法设计了一种3-PPR大行程柔性并联机构。通过灵敏度分析确定优化变量及参数范围,设置边界约束条件,采用遗传算法对柔性并联机构离轴刚度比及输入刚度进行了尺度优化。优化后的机构可以实现±3mm×±3mm×±3°的平面内运动,并且离轴刚度比提高了5.6倍。采用柔度矩阵法得到了机构输出柔度、输入柔度及输入耦合柔度。考虑到各分支链之间的耦合关系对建立系统准确运动学模型带来的不可避免的影响,通过叠加原理建立了柔性并联机构准确的运动静力学模型。基于二阶拉格朗日方程对柔性并联机构进行了动力学建模及模态分析,由动力学方程得到了机构前三阶自然共振频率的解析值。通过有限元仿真和实验验证了所建立模型的准确性。采用音圈电机驱动柔性并联机构的方式,搭建了运动平台实验系统,使用PID控制方法对音圈电机进行闭环控制,进行了系统运动特性测试。实验表明该柔性并联机构可以实现平面内三自由度运动,运动精度可通过任务空间闭环控制的方式提高。对引起实验误差的因素进行了分析。