科学钻探是了解地质构造、资源勘探最直接和有效的方法。与常规钻探作业不同,科学钻探需频繁上下钻具以实现连续取芯,对配套钻探装备的自动化程度和可靠性要求更高。钻具输送机构是科学钻探装备的主要部件之一,担负着输送钻杆上下钻井平台的功能。举升式钻具输送机构因输送范围大、对钻具保护较好,在科学钻探工程中广泛使用。举升式钻具输送机构主要由细长杆件组成,在执行远距离重载的输送任务时,整机的稳定性往往因细长杆件的挠变而降低,进而影响工作的安全性和效率。然而,大型工程机械装备的动力学优化,一直是行业研究热点与难题。基于此,本文以举升式钻具输送机构为研究对象,通过系统假设将其简化为基于刚柔耦合的两自由度双滑块机构,并就该构型进行运动学和动力学的分析与优化。首先,对举升式钻具输送机构的结构组成和工作过程进行了介绍,并依此提出系统假设,将其简化为两自由度双滑块机构。通过建立闭环矢量方程,推导了机构运动学方程,求解了铰点位置与整机位姿的关系,通过系统雅克比矩阵分析了机构的奇异构型。基于功能守恒原理和假设模态法,利用拉格朗日方程推导了机构刚柔耦合动力学模型,并在机构运动学和动力学模型的基础上进行了仿真。针对常用驱动方案,分别以高阶连续可导函数、梯形函数和S形函数进行了轨迹规划,并经仿真得出S形规划算法表现最优。接着,基于S形规划算法,提出了BP-PID位置跟踪控制策略,仿真结果显示,整机动力学响应质量得到了提升。其次,针对常用驱动方案的不足,提出了改进驱动方案,并完成了机构运动学建模、奇异分析、动力学建模及相应仿真,仿真结果显示改进驱动方案仅在初始时刻动力学响应较差,其他阶段均优于常用方案。针对改进方案,基于S形规划算法分别研究了起升角和规划算法中时间参数对机构动力学响应的影响情况。提出了模糊RBF神经网络优化算法,对规划算法中的时间参数进行了优化。仿真结果显示,起升角越大,机构动力学响应越好;规划算法中不同时间参数亦对此影响显著,且优化后动力学响应质量得到显著提升。最后,搭建了钻具输送机构实验样机,分别验证了起升角、轨迹规划算法和规划算法不同时间参数对改进驱动方案整机动力学响应的影响情况,实验结果验证了前述理论仿真研究的有效性。