由于设计公差、制造误差以及摩擦磨损等原因,间隙在机械结构的运动副中是不可避免的。运动副间隙的存在不仅会使多体系统的实际运动与理想运动之间出现一定的偏差,还会导致运动副各部件发生剧烈的碰撞,从而使机构运转时呈现出明显的非光滑力学特征,并伴有强烈的振动和噪音。随着现代工业的飞速发展,机械系统逐步高速化和轻质化,部件的弹性变形对整个系统动力学特性的影响也日益凸显。为含间隙运动副建立合理的动力学模型以及对柔性部件进行准确的描述逐步成为多体系统研究领域的热点和难点。此外,传统的含间隙二维多体系统动力学模型无法描述诸如机器人、工业机械臂等三维结构的动力学行为。本文采用绝对节点坐标法通过引入更为精确的碰撞摩擦模型为一些典型的含间隙二维三维机械结构建立了更能反映实际情况的动力学模型,并设计了相关的试验对理论模型进行了验证,然后,对含间隙二维三维机械臂系统进行了轨迹跟踪控制方面的研究。为含间隙多体系统的动力学分析、控制以及设计等领域提供参考。具体研究内容如下:（1）基于Lu Gre摩擦力模型的含间隙平面机械系统动力学特性研究。针对传统的摩擦力模型（如库伦摩擦力模型、改进的库伦摩擦力模型等）无法准确描述一些复杂的摩擦学现象（如Stribeck效应、滞后效应等）的问题,采用Lu Gre摩擦定律为含间隙旋转铰建立了更符合实际情况的动力学模型,再结合绝对节点坐标法建立了两种含间隙曲柄滑块机构的动力学模型,并采用广义α法进行求解以消除强非线性碰撞摩擦力引起的伪高频响应对计算结果的影响。深入剖析了间隙大小、摩擦力模型对机械系统动力学特性的影响,指出了基于Lu Gre摩擦定律的含间隙多体系统动力学模型能重现Stribeck效应,与摩擦试验所观察到的摩擦学现象更为吻合。（2）含间隙曲柄滑块机构的试验研究。为了验证理论模型的正确性,设计了一种更为简单实用的方式实现了对旋转铰间隙的调节,并搭建了含间隙曲柄滑块机构试验装置。采用单向加速度传感器对不同运动副间隙和不同曲柄转速下滑块的加速度进行了测量,展示了旋转铰间隙的大小以及曲柄的转速对滑块的位移、加速度以及加速度频率特性的影响,并将理论结果与试验结果进行了对比。研究结果表明,所建立的考虑连杆柔性以及运动副间隙的曲柄滑块机构动力学模型能准确地描述实际结构的动力学行为。（3）基于Lu Gre摩擦力模型的含间隙空间机械系统动力学特性研究。采用了增强的连续介质力学公式计算单元的弹性势能以解决传统方案所导致的泊松闭锁问题,并将其中三个应变分量采用线性插值近似取代,在保证精度的前提下有效地提升了单元弹性力的计算效率。然后,采用该单元并结合Lu Gre摩擦定律建立了含间隙柔性单摆机构和含间隙三维曲柄滑块机构的动力学模型,揭示了空间球铰间隙以及连杆柔性对三维机械系统动力学特性的影响。（4）含间隙多维机械臂轨迹跟踪控制研究。采用绝对节点坐标法结合Lu Gre摩擦定律与混合碰撞模型为多间隙平面双连杆柔性机械臂和单间隙空间三连杆刚柔耦合机械臂建立了动力学模型,并采用PID控制策略实现了二维以及三维机械臂末端点圆形轨迹跟踪控制。深入分析了运动副间隙和部件柔性对二维以及三维机械臂系统轨迹跟踪控制的影响。