随着现代机械逐渐向高速、高精度方向发展,传统刚性铰链的间隙带来的冲击、摩擦、润滑等问题越来越突出。为了提高机器的稳定性、精度和寿命,无间隙、无磨损的柔性铰链和柔顺机构越来越多地被运用到微操作机器人、精密光学仪器、航空航天器以及工业设备等场合。现有的柔性铰链大多是针对微操作机构小变形、高精度的需求设计研发的。将柔性铰链更好地应用到大尺度、大行程的机械装备上,提高机器的性能和寿命具有重要的理论和现实意义,本文针对此问题进行了研究。首先,结合离轴刚度、轴漂、运动精度等指标,并根据对称设计思想进行了新型柔性铰链的方案设计。利用Solidworks、ANSYS和Adams等建模仿真软件进行柔性铰链的建模和运动仿真。通过对比仿真结果,提出了性能优异的Y型和X型柔性铰链方案。随后,进行了X型和Y型柔性铰链的选材、制作和测量。解决了柔性铰链的加工工艺问题,提高了柔性铰链的加工安装精度。进行了柔性铰链的轴漂测量,并对实验数据进行了分析。结果表明:Y型柔性铰链和X型柔性铰链的回转角均大于45度,并且X型柔性铰链的运动精度、离轴刚度、稳定性均优于Y型柔性铰链。最后,用柔性铰链替换平面三自由度并联机器人上的刚性铰链,分别进行了单片簧柔性铰链、Y型柔性铰链和X型柔性铰链并联机器人的轨迹跟踪实验。通过与刚性铰链并联机器人对比,实验结果表明:三种柔性铰链均能很好地替换刚性铰链,有效地减缓机器人受到的冲击,提高机器人的运动精度;单片簧柔性铰链存在离轴刚度小、振动大等缺点;Y型柔性铰链机器人的运动轨迹误差比单片簧型柔性铰链小,但离轴刚度较低,机器人振动依然较大;X型柔性铰链机器人的运动轨迹误差比刚性铰链、单片簧柔性铰链和Y型柔性铰链机器人的都小,而且比Y型的离轴刚度更高;X型柔性铰链能够很好地替换机器人的刚性铰链,有效地减缓机器人受到的冲击,并大大提高机器人的运动精度。