为评价各种误差对微操作器精度的影响，以一体化超精密微操作器为研究对象，分析了加工误差、机构原理误差、测量误差、环境带来的误差以及驱动误差等造成微操作器精度降低的因素，建立了加工误差的偏微分方程解析模型，并用有限元仿真验证了加工误差模型的准确性。在详细分析误差源的基础上，提出了提高微操作器精度的措施。

报道了一种利用压电陶瓷双晶片驱动的适用于尺寸在20～200μm之间微器件装配操作的微操作器.夹持臂尖端直径约15 μm,在80 V的电压驱动下闭合约200μm的距离.通过理想操作模型分析了微器件释放的位置误差来源和提高微器件释放位置精度的方法,并进行了高分子小球的排列和释放实验.在相对湿度50%的环境下对直径约170μm的高分子小球的操纵中,实现了2μm的释放位置精度.实验表明本微操作器能高精度地完成微器件的拾取、移动和释放操作.

集中应力和耦合位移是影响基于柔性铰链和压电陶瓷驱动器的微操作器性能的关键因素。单平行四杆机构具有低的集中应力，但存在大的耦合位移，双平行四杆机构没有耦合位移但存在较大的集中应力。在分析上述2种经典微操作器机构优缺点的基础上，吸取每一种机构的优点，摈弃各自的缺点，构建了一种复合四杆机构，并对这3种机构进行了对比分析，用有限元仿真的结果证明了理论分析的正确性。本文还设计加工了3种类型的二维微操作器柔性铰链机构与压电陶瓷驱动组成二微维操作器，并进行了对比实验研究，实验结果表明，该复合四杆微操作器性能优于经典的平行四杆微操作器和双平行四杆微操作器。

球基微操作器通过压电陶瓷管端部与微操作球之间惯性摩擦形成的相对位移实现微操作球三自由度的运动,这种摩擦运动中存在黏滑现象。在简化球面高副连接的条件下,建立了球基微操作器双质量摩擦振子等效工程模型,对球基微操作器黏滑驱动过程进行了阶段细分,基于等效工程模型及动态LuGre摩擦模型建立了黏滑摩擦过程的动力学方程。运用数值仿真方法分析了球基微操作器的参数特性曲线,进行了运动测试实验,进一步验证了分析的正确性。

通过分析单、双平行机构的优缺点，设计了一种低耦合位移和集中应力的复合四杆机构微操作器， 建立了集中应力模型，并利用拉格朗日等式对其动态特性进行了建模研究；采用有限元方法对微操作器进行了静态和动态分析，并对其静、动态特性进行了试验测试。解析模型、有限元仿真与实验结果的一致证明了解析模型的正确性，为微操作器的设计提供了简单可靠的设计方法和理论依据。