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微操作机器人具有位移精度高、定位精准、操作精密等特点，能够协助或代替人将工作空间从宏观领域拓展到微观空间领域。目前，微操作机器人成为机器人研究领域的一个重要分支，得到了广泛地应用。微操作机器人的研究包括:机械结构设计，驱动技术，检测、定位与标定技术，运动与控制技术等关键问题。本文在国家863计划项目的支持下，以面向亚毫米级微对象的微操作机器人研制开发为背景，从微操作机器人实用化角度出发，着重对微操作机器人的系统结构、双臂协调机器人运动学约束与模型、机器人轨迹规划及其典型作业的实现、机器人标定、运动控制等进行了较为系统的研究。具体地说，本文主要贡献如下: (1)微操作机器人系统结构。从结构上将微操作机器人按功能分为机械系统、驱动系统、检测系统以及控制系统等四个部分。从这四个部分着手，系统地分析了现有微操作机器人系统的特点和存在的不足，提出了解决的办法，思考和探讨了微操作机器人系统结构的研究和发展的方向。以上述的分析和讨论为基础，面向微装配任务，提出了一种具有立体显微视觉和采用三手协调结构的微装配机器人系统结构方案。 (2)双臂协调机器人运动学约束与模型。采用主—从臂协调形式，给出了双臂机器人的一般运动学约束条件。以工件的几何约束为基础，推导和建立了主、从臂的位姿约束条件;根据主、从臂与工件的相对位姿的变化情况，推导和建立了主臂与工件、主臂与从臂的速度约束条件。讨论了机器人协调运动学模型的正、逆问题的求解:给出了正问题求解的基本步骤;对于复杂的逆问题，采用了一种能有效克服Hopfield网络的局部极值问题的神经网络参数扰动算法以实现逆问题的求解。 (3)轨迹规划及其典型作业实现。从满足机器人运动的位移、速度和加速度约束条件出发，在关节空间中，分析和比较了三次多项式、摆线和双曲线三种形式的机器人关节轨迹;在速度和加速度存在最大容许值的条件下，讨论了基于时间放缩法的关节轨迹修正方法。以双手协调机器人为对象，研究了双手协调的轨迹规划的若干问题，包括:面向主手协调的从手多结点轨迹规划，旨在减小协调误差的基于中间结点的从手轨迹修正。研究了机器人避障条件下的Pick—and—Place Operations和复杂平面边缘的双手协调等两类典型作业，系统地给出了这两类作业的任务与轨迹规划方法。 (4)机器人标定。将微操作机器人的标定分为三个标定子问题。关于机械手坐标系的标定，研究了机械手基于Denavit—Hartenberg模型的连杆参数估计与坐标系建立的方法，在实现上采用了基于视觉检测的单关节摄动方法。关于考虑径向二阶畸变的摄像机内参数标定，推导了考虑径向二阶畸变的摄像机成像模型;根据极线几何约束，通过求解摄像机不在同一平面上的平移运动所对应的极点，建立了关于摄像机内参数的非线性方程组;讨论了非线性方程的Levenberg—Marquardt算法的初值设定方法，给出了标定的实现步骤。关于摄像机外参数标定，提出了一种简单的标定算法，通过视觉检测机械手末端坐标系原点分别沿其坐标轴方向进行微小的移动来实现标定;为消除标定误差，采用了一类简单的直角坐标系坐标轴的正交归一化方法。 (5)运动控制。研究了微操作机器人的底层运动控制方法。考虑到PID控制在理论和应用上的都很成熟，研究以PID控制为基础。以电机为控制对象，讨论并设计了参数ISTE最优整定的PIDF、基于BP神经网络的参数自适应PID、基于模糊推理的参数自适应PID等三类智能PID控制器;在此三类控制器的基础上，分析和讨论智能集成运动控制系统的结构、控制方法以及控制流程等问题。 (6)为满足课题需要，本文亦对显微视觉技术的若干问题进行了初步讨论。包括:离焦模糊图像的基于Wiener滤波器复原、目标边缘的基于改进多项式插值的亚像素细分、基于位置和角度等图像特征的视觉伺服方法等。