柔顺机构具有结构紧凑,精度高、易于小型化等优点,在智能结构、航空航天及仿生机器人等领域得到了广泛应用。但其直线接触点处的应力集中,严重影响机构的使用寿命。曲梁柔顺单元因能有效避免应力集中现象,而被引入到柔顺机构的构型设计中,成为了机构界研究的热点。本文基于空间曲梁柔顺机构的构型综合方法,完成了空间三自由度和六自由度的曲梁柔顺机构的构型设计与分析。基于能量变分原理,完成了圆弧曲梁柔顺单元的静力学研究。对圆弧曲梁的受力性能进行分析,推导了圆弧曲梁柔顺单元刚度矩阵的显式解析解。利用“以直代曲”的经典梁理论,完成了曲梁单元刚度矩阵数值计算程序的设计。基于曲梁单元实例模型,通过解析解与数值解的计算对比,分析了材料的属性对曲梁柔顺单元柔度的影响,并验证了圆弧曲梁柔顺单元刚度矩阵解析解的正确性,为圆弧曲梁柔顺机构构型设计提供了理论基础。基于等几何分析理论,完成了曲梁柔顺单元模型的构建与静力学分析。利用等几何造型算法构建出了曲梁柔顺单元的精确模型。基于网格细化方法,对曲梁柔顺单元进行网格细化,结合力学方程完成了平面任意曲梁柔顺单元刚度矩阵的求解,并通过数值实例验证了柔顺曲梁单元理论求解的正确性,为任意曲梁柔顺机构构型设计提供了依据。结合能量变分原理、等几何分析理论与约束设计法,设计了空间三自由度和六自由度曲梁柔顺机构。基于旋量理论,提出了一种新的机构自由度判定方法,并利用该方法判定了设计的柔顺单元与柔顺机构自由度的正确性。完成了曲梁柔顺机构静力学与模态分析,确定了机构的各种性能指标。并通过对整体机构的样机进行了设计与仿真,验证了设计思路的正确性。