柔顺机构是一种利用铰链弹性变形传递运动和力的新型机构,具有较高的运动分辨率和精度,主要应用在精密工程、机器人、智能结构等前沿领域。目前,大多数学者着重于柔顺机构运动学、静力学及结构设计等方面的研究,有关柔顺机构动力学的研究比较少。本文利用多体系统传递矩阵法建立柔顺机构的动力学模型并对其动态性能进行分析,主要内容如下:多体系统传递矩阵法主要用于研究多刚柔体系统的动力学,它的基本思想是将复杂的多体系统分为若干特征单元,用矩阵形式表示单元两端面的力学传递关系,联立各单元的力学传递关系得到整个系统的动力学模型。基于多体系统传递矩阵法的基本思想,将柔顺机构视为由许多柔性铰链和刚性杆件等特征单元组成的多体系统。柔性铰链分为直梁型和圆弧型柔性铰链,将其分别等效为等截面和变截面无质量弹性梁,应用材料力学理论分别推导了直梁型柔性铰链和圆弧型柔性铰链的传递矩阵。相对于柔性单元,柔顺机构中的杆件刚性大变形小,将其等效为振动刚体,采用动量矩定理分别推导了柔顺机构中单输入单输出杆件、多输入单输出杆件的传递矩阵。柔顺支链是柔顺机构中不可或缺的一部分,不同支链就会形成不同形式和功能的柔顺机构。将支链视为由若干柔性铰链和杆件等特征单元组成的简单柔顺机构,根据支链中各单元的连接形式,联立每个特征单元在全局坐标系下的传递矩阵和传递方程得到柔顺支链的传递方程。柔顺支链的传递方程是以固有频率为未知量的复杂矩阵方程,利用边界条件将其降阶为相对简单的齐次方程组,求解齐次方程组的未知变量得到柔顺支链的固有频率和振型。为了利用传递矩阵法分析柔顺支链在外界激励作用下的动力响应,将外力代入传递方程中得到柔顺支链的动力响应方程。动力响应方程是以激励频率为未知变量的矩阵方程,将边界条件代入动力响应方程中可求解柔顺支链中任意点的简谐位移响应。基于上述思想,利用多体系统传递矩阵法分别建立了柔顺机构中链式柔顺支链、杠杆位移放大支链及桥式位移放大支链的传递方程和动力响应方程,并借助边界条件分析了三类柔顺支链的相关动态特性。通过与有限元仿真对比,验证了利用多体系统传递矩阵法分析三类柔顺支链动力学的可行性。柔顺并联机构是由柔顺支链和输出平台通过一定形式连接的常见柔顺机构。基于多体系统传递矩阵法分析柔顺机构动力学的思想,将柔顺并联机构分为柔顺支链和动平台单元,动平台视为多输入单输出的振动刚体,联立柔顺支链的传递方程、动平台的传递方程以及动平台各输入点之间的位移关系式得到柔顺并联机构的传递方程,并借助边界条件可求解柔顺并联机构的固有振动特性。将外力代入柔顺并联机构的传递方程中得到整个机构的动态响应方程。求解动态响应方程可得柔顺并联机构中任意点的动态响应。基于上述思想,分别建立了基于链式柔顺支链、桥式位移放大支链及杠杆位移放大支链的柔顺并联机构的动力学模型,并利用边界条件分析了三类柔顺并联机构的动力学特性。通过与有限元仿真对比,验证了所建立的模型能准确反映柔顺并联机构的动力学性能。