柔性铰链机构是一类借助柔性铰链的弹性变形实现运动、力或能量传递与转换的装置。这类机构主要具有一小(小型化)、两高(高精度和高可靠性)、三免(免润滑、免装配和基本免维护)、四无(无摩擦磨损、无噪音、无间隙和无回滞)等优点,被广泛应用于生物医学、先进制造、航空航天、光学工程等领域。因此,柔性铰链机构已成为高端装备的核心关键技术之一,在精密工程领域中扮演着作用尤为重要。然而,由于柔性铰链能够产生可逆的微小变形,将会在其内部产生应力,因此柔性铰链机构的运动自始至终是与力和变形交织在一起的复杂过程,导致柔性铰链机构的设计、分析和建模远比刚体机构复杂得多。本文针对柔性铰链机构的自动建模问题,开展了柔性铰链机构的运动静力学自动化建模(包括基于双色图、矩阵法)、软件平台开发、机构尺寸优化和实验测试等系统性研究。柔性铰链机构以刚性杆或柔性铰链为最小模块进行分割,在给出单个柔性铰链-刚性杆变形公式的基础之上,推导多个刚性杆和柔性铰链首尾连接组成串联型柔性铰链机构的几何方程;再将刚性杆和柔性铰链组成二副杆、三副杆等单元模块,各自建立静力平衡方程;推导而得的所有公式都呈现出统一形式,其所蕴含的规律为柔性铰链机构运动静力学模型的自动生成和通用分析软件的开发奠定了理论基础。针对平面柔性铰链机构提出一种改进的双色图表示法,更为清晰和准确地反映柔性铰链机构拓扑关系,利用图的十字链表数据结构存储于计算机中,通过柔性铰链机构的层遍历和基本路径组搜索算法分别建立机构的静力平衡方程和几何方程,实现了柔性铰链机构运动静力学模型的自动生成。根据柔性铰链机构的刚性杆-柔性铰链关联矩阵、路径和道路矩阵的定义,列写出相应的矩阵;通过道路矩阵推导出机构的几何方程;首次提出“虚拟柔性铰链”的概念,利用带虚拟柔性铰链的关联矩阵得到统一的静力平衡方程。基于矩阵法表示的运动静力学模型将复杂的柔性铰链机构运动静力学分析问题转化为形象、简单和统一的矩阵描述。运用基于双色图的运动静力学模型和基于矩阵法表示的运动静力学模型对多个具有代表性的柔性铰链机构进行建模研究,将求解结果分别与能量法和有限元方法的结果进行对比,验证了自动化建模过程的一般性和有效性。以自动生成的柔性铰链机构运动静力学模型为理论指导开发了平面柔性铰链机构运动静力学通用分析软件,为用户预测、评估和改进机构提供参考依据,并通过仿真与实验验证了软件的有效性。最后,将柔性铰链的位置参数和几何参数作为设计变量,以提高机构静态性能为优化目标,并以自动生成的运动静力学方程为约束条件,建立柔性铰链机构的优化模型。应用该优化模型设计了一种对称型柔性差式位移放大机构,根据优化结果加工制作实验样机,并测试了机构的位移放大比,有限元仿真结果与实验结果均验证了优化模型的正确性。