柔顺机构是一种利用自身柔性单元的弹性变形实现特定运动或力与能量传递和转换的机械系统。柔顺机构因其免装配,无摩擦,无需润滑等优点常被用于需要轻量化,小型化且高精度的机械系统中。然而柔性单元的引入导致柔顺机构自由度与约束之间的界限变得模糊,即沿自由度方向上存在一定的刚度而沿约束方向也会产生少量的位移,这成为柔顺机构设计中不得不考虑的问题。同时柔顺机构在运动过程中常常会伴随柔性单元的几何非线性变形,这给柔顺机构的精确建模带来了一定的难度。因此对于柔性单元的精确建模是指导柔顺机构综合设计的重中之重。柔顺梁作为柔顺机构中最常见的柔性单元具有可实现大挠度小应变弹性变形的特性,常被用于需要较大运动范围的柔顺机构中。然而综合考虑空间变形过程中几何非线性特性的梁模型的欠缺严重限制了柔顺机构的发展。为解决该问题,本文将围绕柔顺梁的空间大挠度变形的精确建模展开,实现对柔顺机构精确的运动静力学建模。主要完成了如下工作:（1）基于空间双对称截面梁的梁约束模型的建模方法,推导了矩形截面梁的空间梁约束模型。通过对大宽厚比矩形截面梁发生空间中小变形时各个位移分量的量级进行分析,得出了简化的梁的控制微分方程。利用幂级数方法求解了该控制微分方程,并通过对位移的Taylor展开得到了封闭的载荷-位移方程。利用所提出的大宽厚比矩形截面梁模型对柔顺对称平行四边形机构进行了建模,证明了该模型相对现有模型的优势。利用牛顿法对小宽厚比矩形截面梁的空间中小变形进行了建模,得到了封闭的载荷-位移方程。通过与有限元结果的对比,证明了该模型的正确性;（2）针对发生空间大挠度变形的柔顺梁,利用链式算法和空间坐标变换,提出了链式空间梁约束模型。通过将柔顺梁离散化为长度相等的若干个单元,梁在单元尺度内的归一化位移将落入中小变形范围内。利用空间梁约束模型即可对各个单元建模。利用空间坐标变换引入单元间的几何约束方程及载荷平衡方程,在全局尺度内解决了中小变形空间梁约束模型简化的曲率非线性问题。最终实现了对梁的空间大挠度变形的建模。该建模方法实现了将梁在产生空间大挠度变形时的几何非线性因素分解到不同的尺度进行解处理,避免了直接求解控制微分方程,减小了求解难度;最后通过两个算例验证了链式空间梁约束模型的正确性;（3）提出了一种适用于具有初始曲率的矩形截面梁的空间大挠度变形的建模方法。考虑到曲梁的离散化过程中,其单元的归一化曲率逐渐减小,圆弧所对应的弦长可以近似代替该圆弧,将曲梁离散为若干直梁单元。通过对直梁单元利用空间梁约束模型,并利用空间坐标变换得到单元间的几何约束方程及载荷平衡方程,实现了对曲梁的空间大挠度变形的建模。通过对一种利用曲梁空间变形实现运动的薄膜机构和一种曲梁平行四边形机构的建模分析并对比有限元仿真结果,验证了该模型的正确性;（4）利用本文提出的模型,推导了柔性平行四边形机构解析的驱动刚度和支撑刚度的表达式。通过与现有模型的对比,证明了本文所提出模型的优势,设计和制作了实验样机,完成了机构支撑刚度的测量,验证了模型的正确性。提出了一种利用梁的空间变形实现恒力特性的柔顺机构。结合梁的空间变形及梁的屈曲特性,提出了一种实现螺旋运动的柔顺机构,并通过对机构参数的优化得到了一种具有较大恒力区间的空间恒力机构。