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微纳操作机器人是指运动位移在微米量级、分辨率和定位精度在亚微米级至纳米级的一类新型操作机器人,在精细操作和精密定位领域,如精密制造、微机电系统装配、生物医学、光学定位、精密测量等,都具有广阔的应用前景。微纳操作机器人最重要的性能指标之一就是其运动精度,为了提高机器人精度,需要从建模、标定、控制等各个方面对其展开研究。本文针对以上这些问题,建立了并联微纳操作机器人的运动学、静力学和动力学模型,提出了微纳操作机器人无量纲化的误差模型和全参数标定方法,并分别对机器人开、闭环控制方法进行了研究,并在此基础上进行了样机实验研究。本文的主要内容如下:1)针对微纳操作机器人为并联机构和柔性机构二者结合体的特点,分别建立了并联机构的运动学模型和柔性机构的静力学模型,通过定义相对刚度矩阵建立了包含位移输入-输出和驱动力-输出关系的综合输入-输出关系模型,完整描述压电陶瓷位移与末端位姿之间的关系;2)提出了微纳操作机器人工作空间的两类约束条件,分别对应柔性铰链变形极限和压电陶瓷驱动器输出能力,并将其对应的工作空间分别定义为极限工作空间和实验工作空间。分析了柔性铰链尺寸对铰链变形能力和机器人参数对实验工作空间的影响,为基于工作空间的微纳操作机器人参数设计和驱动器选择提供了依据;3)以6-SPS微纳操作机器人为研究对象,建立了其弹性动力学模型,揭示了驱动力与末端位移、加速度之间的关系;构造了机器人的的模态矩阵,计算出了系统的振型和固有频率特性,并使用有限元仿真的方法对模型进行了验证。4)提出了采用无量纲化方法建立微纳操作机器人误差影响模型,得到了各个参数对末端误差的影响因数。在误差量化分析的基础上,建立了以驱动器线性误差、机构几何参数、刚度参数和预紧位移为辨识对象的全参数标定模型和方法,通过数值仿真和样机实验验证了模型的有效性,提高了机器人精度。5)提出了微纳操作机器人的开环和闭环两种控制方法。对于开环系统,提出了标定-控制两步法策略,实现较高精度的轨迹数字控制,轨迹尺寸精度达到纳米级。在闭环控制中,采用了增量型PID算法,减小了模型和参数不准确带来的误差,相对于开环模式在轨迹尺寸和定位精度上又有明显的提升,部分指标达到亚纳米级。6)搭建了宏微一体操作系统,建立了宏微双驱动机器人系统的运动学模型,提出了宏微一体操作系统的人机交互策略并通过控制程序实现,进行了微颗粒的操作实验,实现微颗粒的切割、分离和移动,实验结果表明该系统能够有效完成微纳操作作业。