柔性机构是一类通过弹性变形将输入的力或位移传递到驱动端的整体式结构,具有集成化高、无摩擦、噪音小等优点,在航空航天、医疗和MEMS等高精尖领域有着广泛的应用。随着科技的不断进步,目前柔性机构的性能表现需满足:定位精度高、足够的行程、抗疲劳性强、工艺性好等。因此,设计性能优良的柔性机构也一直是研究热点。本文开展了柔性机构拓扑优化设计方法研究,并通过实验验证了优化后柔性机构的力学驱动性能。进一步地,将设计方法拓展至考虑压电组件驱动和考虑几何非线性的的柔性机构优化设计。全文分为以下四个部分:首先,发展了一种面向柔性机构的渐进式拓扑优化设计方法。通过定义一种由驱动位移和刚度特性（柔顺度）加权平均的优化目标函数,实现对设计机构的驱动性能和刚度特性的灵活匹配调控,有效抑制设计构型铰链的形成以及防止应力集中引起的失效。此外,逐步（设计迭代步）衰减刚度特性的贡献,实现优化问题由刚度设计向驱动设计的动态演化。通过两个典型算例证明该方法是稳定高效的。其次,开展了柔性机构的增材制备与性能测试研究。在前述优化设计得到的机构构型基础上,搭建了用于测试对应不同权重系数取值优化构型驱动效率实验平台。通过计算机辅助几何造型将设计构型重构为三维模型,并采用光敏树脂3D打印技术加工制备柔性机构样件。实验选用压电器件提供驱动力,通过驱动位移标定测试效果。实验结果证明,通过不同的权重系数取值,消除铰链现象的优化构型相较有铰链的优化构型在牺牲一定驱动位移的前提下,显著提升了结构的刚度性能。进一步地,考虑压电元件驱动的柔性机构设计问题,提出一种结合机构刚度性能,输出端位移最大化的渐进式优化设计策略。具体地,先将压电材料降阶提炼为二维平面应力模型,进一步提出压电驱动的柔性机构设计模型。再结合可调控的机构刚度性能,提高算法的稳定性及设计构型的工艺性,通过两个基本算例证明设计方法的有效性。最后,为设计行程更突出的柔性机构,将局限于材料几何线性阶段的柔性机构设计方法延伸至几何非线性阶段。介绍了几何非线性内容,调试发展了MATLAB和ANSYS的联调平台。进一步地,通过算例证明结合几何非线性设计构型具有更大的驱动位移。