近年来随着现代工业的迅速发展,高速、高加速和高精密运动平台的需求越来越高。双驱龙门运动平台为典型的冗余驱动方式,因其较大的机构传递刚度而具有较好的运动优势。然而,传统龙门平台的横梁两端采用刚性紧固连接,容易产生较强的机械耦合效应和XY两个方向直驱导轨部件的形变,引起过度的耦合集中内应力,严重影响系统运行精度、可靠性和使用寿命。柔性铰链是一类具有无摩擦、无机械间隙并能够通过自身形变来有效减小集中应力的机构,可以传递高精度运动,成为精密制造领域的重要执行机构。因此,双驱龙门平台的柔性化设计研究具有重要的意义。本文采用柔性关节取代传统刚性连接的方法对双驱龙门平台进行了结构改进设计。基于梁约束模型法和拉格朗日法,分别建立了运动静力学模型和刚柔耦合动力学模型。首先,在双驱龙门平台中设计了局部可置换柔性关节。在横梁两端与直驱电机之间的柔性关节采用了两类具有高传递刚度的重载柔性铰链进行结构设计。分析了短粗梁柔性铰链的局部弯曲形态和局部关节的力传递特性,验证了结构设计的可行性。其次,分析了柔性关节的弯曲形态并建立了运动静力学模型。通过双驱电机耦合应力分析可得,针对第一类含弯曲拐点的柔性铰链可采用椭圆积分法进行解析建模;第二类不含弯曲拐点的柔性铰链采用梁约束模型法(Beam constraint model,BCM)建立解析模型。最终,对含柔性关节的双驱龙门平台建立了运动静力学建模,并仿真得出横梁转角相对误差小于6.5%,双驱电机同步误差值小于8.25%。然后,在机电一体的刚柔耦合运动系统中分别建立了两类动力学模型。第一类仅考虑横梁体旋转运动和双驱直线电机沿着Y向运动的情况的三自由度模型;第二类则还包含了横梁体上沿着X方向运动的移动工作台情况的四自由度模型。最终通过仿真得出,柔性平台具有较好的轨迹跟踪性能和高动态响应,并验证了该模型的正确性。最后,搭建控制与测试实验平台来对运动静力学模型进行验证。采用驱动器对单侧电机进行运动控制,通过控制界面得到对应电机的推力值,采用激光干涉仪测量横梁旋转角度,直线光栅尺检测双驱直线电机同步误差值。最终得出横梁转角误差小于26.8%,双驱电机同步误差小于21%。综上所述,本文对双驱龙门平台设计了局部可置换柔性关节,并建立了运动静力学模型和刚柔耦合动力学模型,最终进行了实验验证。此种柔性关节能够有效地缓冲横梁两端过大的集中应力,提升了平台运行的可靠性。