近年来,随着柔性精密定位平台在生物工程、先进制造等领域的应用越来越广泛,系统和设备对精密定位技术的要求越来越高。柔性直线机构是柔性精密定位平台的关键部分,其性能直接影响平台的定位精度。本文提出了柔性机构的结构表示方法与柔性直线机构构型综合方法,对柔性直线机构的位移及典型柔性直线机构的刚度及离轴刚度比进行了分析,对基于柔性直线机构的3-PRR微动平台进行了理论研究和样机试验,全文研究内容如下:(1)研究了柔性机构的结构表示与柔性直线机构的构型综合。基于柔性机构结构基本组成与柔性机构结构模型表示准则,提出了柔性机构的一种拓扑图和邻接矩阵的表示方法,给出了自由度的定义和计算公式。提出了基于FACT(Freedom and Constraint Topologies)的再生柔性运动链综合方法,该方法的核心在于以旋量理论为基础,建立几何模块、运动(约束)模块与物理模块三者之间的映射关系,进而根据不同的功能要求,通过柔性运动链再生路径得到相应的柔性机构组。针对柔性直线机构,运用该方法在6条再生路径下,综合出了具有代表性的28种柔性直线机构,其中新提出机构5种。(2)针对典型柔性直线机构,研究并提出了考虑轴漂的位移计算方法。提出了组合柔性铰链机构支链刚度分析模型与考虑轴漂的位移分析方法,确定了Roberts柔性机构特征点的位置,建立了基于轴漂的位移计算模型,研究了Roberts柔性直线机构的屈曲位移,并进行了有限元验证,与伪刚体模型相比,该模型更为精确。对柔铰簧片组合型柔性Roberts机构位移进行了分析,通过有限元及样机试验证明了该机构优越的直线位移性能,并将其应用于大行程微动平台,取得了良好的效果。(3)研究了柔性直线机构的刚度与离轴刚度比。对常用柔性四杆机构的输入输出特性进行了比较,研究了柔性铰链转动副的切口轮廓和柔性移动副的截面形状对对称四杆机构输出位移的影响,提出了一种高效、低耦合的变截面柔性对称四杆机构,求得了柔度矩阵并研究了结构参数对其大小的影响。分别设计了一种杠杆式位移缩小柔性直线机构和刚度差式位移缩小柔性直线机构,并对它们进行了分析和有限元验证。提出了柔性直线机构离轴刚度比的概念与分析原则,针对典型柔性直线机构进行了离轴刚度比的分析与比较。(4)研究了3-PRR柔性微动平台的运动、优化及耦合,研制了杠杆式微动平台。利用伪刚体模型推导了3-PRR机构的正反解方程,运用卡氏第二定理推导出3-PRR柔性微动平台(简化型)的运动模型并进行了优化设计,提出了一种微动平台输入耦合的求解方法,研究了相关参数对微动平台输入耦合的影响。将对称布置的并联Roberts柔铰机构作为P副应用于微动平台,并基于杠杆机构原理设计了一种3-PRR柔性微动平台,利用功能转化原理建立了机构的整体刚度矩阵,研制了样机平台并进行了位姿试验验证,结果表明,试验数据与理论数据基本一致,验证了理论分析的正确性。(5)研究了基于V型簧片的高精度3-PRR柔性微动平台。提出了一种基于V型折叠簧片的高精度3-PRR柔性微动平台,推导了其刚度矩阵,该平台可实现毫米级输入、微米级输出,较大的位移缩小比例大大降低了位移输出误差,提高了平台的精度,研制了样机并进行了试验,试验结果表明该平台具有很高的位移精度,与理论计算结果基本一致,验证了理论的正确性,该柔性微动平台作为微调装置应用于3A-S100微细铣削机床,定位精度可达0.05μm。总之,论文研究内容既涉及了柔性机构的结构与柔性直线机构的构型综合、位移及刚度建模以及分析方法,也有针对性地对几种新型的3-PRR柔性微动平台进行了具体设计与研究。这一工作将为扩展基于柔性直线机构的3-PRR柔性微动平台在精密工程、医疗、生物工程、工业自动化等领域的应用提供强有力的理论和技术支持。