柔顺机构是以柔性关节代替传统机构运动铰链，采用柔顺元件的弹性变形而非刚性元件的运动来传递或转换运动、力或能量的一种新型免装配机构。与传统刚性和柔性机构相比，柔顺机构具有构件少、精度高、不需要润滑、无污染等优点，克服了传统机构加工、装配成本高、运动副存在间隙和摩擦等缺陷，在轻型、微型化等领域具有广阔的应用前景。因此，柔顺机构的设计已成为目前国内外机构学领域的研究热点。　　 从柔顺机构的发展状况可以看出，大多数的研究都是围绕柔顺机构的拓扑优化设计开展的，并且，在优化模型的建立、材料插值模型的确定以及数值求解技术的选择等方面都已经取得了长足进展。因而，拓扑优化方法已经成为基于特定性能的柔顺机构的创新设计的一种有效实用的方法。拓扑优化完成后，另一重要任务是从拓扑图中提取出设计好的机构。然而，拓扑优化结果中常出现棋盘格和中间单元现象。棋盘格的出现导致单元材料分配不连续，给机构的拓扑图提取造成极大的困难，而中间单元现象则与生产实际不相符，并将增加机构的生产成本。虽然为得到工程上所需要的清晰的、均质的（0-1）拓扑结构，人们进行了一系列研究工作，但这些问题仍未得到最有效解决。另一方面，拓扑图的边界呈锯齿形，这种粗糙的边界使设计出的机构容易因应力集中而造成疲劳、断裂破坏。因此，为了改进和提高柔顺机构的性能，拓扑优化设计完成后，仍需对最佳拓扑结果进行形状优化。形状优化需要根据拓扑图的边界信息定义一个初始的优化模型，这就要求提取出机构拓扑的光顺轮廓，使拓扑优化结果转换成参数化的机构模型。现有的拓扑图轮廓提取方法大多数都需要手工取点，降低了整个设计过程的速度，其次，部分方法所提取的拓扑图轮廓的精度和光顺性不够。综上可知，棋盘格的消除、中间单元的取舍和拓扑图的轮廓提取是柔顺机构拓扑图提取中必须解决的三个主要问题，并且，拓扑图提取问题的研究对完善柔顺机构的设计理论和促进其工程应用都具有十分重要的意义。　　 鉴于上述原因，本文对柔顺机构拓扑图提取进行了深入的研究，主要创新点如下：　　 1．针对拓扑优化结果中常产生中间单元的问题，提出一种二阶段柔顺机构拓扑优化设计方法，用于抑制中间单元，寻找真实可行的0-1拓扑解。该方法将柔顺机构的拓扑优化设计分成两个阶段，第一阶段的目标是获得一个允许中间单元存在的最优Pareto解，随后，将这一Pareto解作为第二阶段的初始模型，保持目标函数的权系数不变，通过进一步优化得到全局最佳0-1拓扑图。在二阶段拓扑优化过程中，采用应变能和互应变能分别表示机构的刚度和柔度目标，并基于这一对相互矛盾的目标函数的加权和寻找最优妥协解。推导了基于SIMP（Solid Isotropic Microstructure with Penalization）模型的最佳准则，并且，为了抑制中间单元的出现，提出了修正的最佳准则法。将这两个准则分别应用于优化过程的两个阶段。最后，数值算例表明本文算法可获得较理想的拓扑优化结果。　　 2．针对拓扑图中常存在棋盘格的问题，提出了基于小波变换与三次样条插值相结合的拓扑图提取方法，用于消除优化结果中的棋盘格，提取出材料连续分布的柔顺机构拓扑图。该方法首先将拓扑优化结果非线性变换到中间变量，以保证算法处理结果满足拓扑变量的约束条件；然后，通过小波变换，将中间变量分解为近似系数和小波系数，并利用三次样条插值对近似系数进行处理；第三，将处理后的近似系数进行小波重构，并对重构结果进行非线性逆变换，得到相应的拓扑图。为了评价算法执行效果及确定一个合适的小波分解尺度，基于拓扑优化的体积约束给出一种评价准则。最后，数值仿真实验表明了该方法的可行性。　　 3．结合梯度矢量流方法的优越性和柔顺机构拓扑结构的特点，提出了基于梯度矢量流的拓扑图轮廓提取方法。该方法首先通过密度再分配求出单元节点密度，然后，利用差分方法计算出单元节点密度的梯度，之后，相继求出节点的外能和梯度矢量流。在模型演化过程中，利用双线性插值算法求出任意点的梯度矢量流，同时，针对拓扑图中的孔所处的不同位置，给出了不同的模型初始化及演化方法，实现了柔顺机构拓扑图轮廓的自动提取。另一方面，考虑到机构产品外形的美观性和易加工的要求以及后续的形状优化的需要，采用三次B样条对所提取的柔顺机构拓扑图轮廓进行逼近，实现了对轮廓曲线的光顺处理。