基于宏微结合的设计思想，提出一种组合式微夹持器结构．采用微直线电机机构实现毫米级的宏运动，采用双晶片压电悬梁机构实现微米级的微运动．介绍组合式微夹持器的组成原理并对压电悬梁形变特性进行了有限元分析．在此基础上，开发微夹持器宏微控制系统，实现了微位移闭环控制．测试实验表明，该微夹持器具有结构紧凑、操作空间大、精度高的特点．

现有的基于高精度测微仪的预对准方法需交换晶圆才能够完成操作.为提高其效率,介绍了一种无需晶圆交换的预对准方法.该方法采用缺口定向先于圆心定位的预对准顺序,通过一维旋转和二维直线平移完成晶圆的定位.另外,还给出了该方法重复定位晶圆圆心和缺口的误差表达式.针对线性最小二乘圆拟合算法进行晶圆缺口拟合时计算精度不易保证的问题,提出了一种非线性晶圆缺口拟合算法,即利用Levenberg-Marquardt算法直接求解缺口边缘拟合问题.精度测试结果表明,该算法的计算误差近似为现有缺口拟合算法误差的1/2.

根据仿生学原理,采用分立式布局,研制出大行程高分辨率旋转微驱动器.该微驱动器采用电磁铁箝位、压电陶瓷驱动的爬行式步进机构形式,实现了光学镜面的二维微调整操作.实验表明,该微驱动器具有分辨率高、行程大、步距可变等特点,也适用于其它微操作中大行程高分辨率的旋转驱动.

提出一种新型、集成式压电驱动两自由度nm级微定位工作台系统,工作台采用直角柔性平行板铰链,实现X,Y方向的运动,采用杠杆放大柔性铰链机构实现对压电陶瓷位移的放大.并对这种新型结构形式理论分析与实验测试.根据拉格郎日方程建立微动工作台的运动微分方程,推导出系统前两阶固有频率的解析式.采用有限元分析方法对微动工作台进行模态分析,得到微定位工作台有效工作的谐振频率和振型,并对微动工作台的模态频率进行了实验测试.经理论分析、有限元计算和实验测试结果进行对比与分析的一致性说明理论分析的正确性和数值分析的可靠性.

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题，采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度纳米级定位平台。介绍了定位平台的相关制作工艺，并对关键工艺进行了分析，总结了导致器件失效的主要原因，探讨了减少失效的方法。同时，提出了一种可行的面内侧面压阻加工方法。通过对深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺参数的调整，成功地刻蚀出大尺寸、大深宽比的结构释放窗口，释放了最小线宽为2．5μm，厚度为50μm的梳齿结构。

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题，采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台，定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动。利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理，对定位平台的主要失效模型、静态和动态特性进行详细建模分析，证明了静电梳齿力电耦合所导致的侧壁不稳定以及驱动器的最大稳定输出位移，给出了平台稳定工作条件下梳齿间隙、梳齿初始交错长度以及复合柔性支撑梁的弹性刚度比之间的关系。动态分析时考虑空气阻尼对平台的影响，给出了平台最大运行速度、位移及动态条件下的临界驱动电压并把分析结果应用于平台闭环控制。实验结果表明：驱动电压30V时，平台稳定输出位移达10μm，机械稳定时间仅为2．5ms。

针对光学精密装配工艺特点,提出一种基于LVDT的三维相对位姿检测方法。采用4个对称分布的LVDT检测光学装配过程中球面镜与谐振腔体的位姿关系,根据LVDT的读数推导得出球面镜与谐振腔体的相对位姿。设计采用集成信号调理芯片AD598的LVDT处理电路作为位姿检测的控制系统,通过实验得出LVDT微位移检测的分辨率为0.1μm,重复检测精度为±0.3μm,并能较好地跟踪方波及正弦波信号。采用PID算法实现球面镜的快速位姿定位。实验结果表明：当球面镜的加工及安装误差在允许范围内时,位姿检测系统可以在25 s内完成球面镜相对于谐振腔体的位姿调整,最大距离误差为0.5μm,最大角度误差为8″,充分验证了基于LVDT相对位姿检测方法的可行性。

研究开发了一种采用柔性铰链导向的二维光学调整微定位工作台，建立了工作台的简化模型，并利用结构力学理论推导出工作台沿x、Y方向刚度及前二阶固有频率解析式。进行了微定位工作台固有频率及沿x、Y方向刚度的试验测试，并结合解析方法和有限元方法对微定位工作台设计刚度及动力特性进行分析验证。有限元分析表明：当工作台的直角平板柔性铰链长度较小而铰链宽度较大时，其刚度、频率及驱动力较高，铰链根部应力集中也较严重。通过改变柔性铰链的特征参数，可达到控制和优化工作台固有频率、输出位移、应力分布及驱动力响应的目的，并提出了一种优选微定位工作台柔性铰链参数的简易方法。

宏/微精密定位技术是微操作机器人的关键技术之一.在分析微操作机器人对宏微结合的精密定位技术需求的基础上,介绍了微米级宏动定位系统以及纳米级微动定位技术的实现方法.最后总结了压电陶瓷驱动纳米定位技术中的机构、驱动、检测、控制等关键问题的研究现状,并对微定位技术发展趋势进行了展望.

在分析微装配特点的基础上,讨论了微装配系统的功能需求和组成.提出了一种新型MEMS器件微装配系统设计方案,描述了系统样机关键技术模块的研制方案.以微型光谱分析仪极板对准为示范目标开展了实验研究,结果表明该系统适用于典型MEMS芯片的微对准和封装研究.