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．

采用静电力驱动质量块产生等效加速度信号实现了微机械加速度计的自检测功能。分析了平板驱动电极的静电驱动力、吸合电压以及稳定驱动位移条件。采用光学测试技术测试了驱动电压和驱动位移的关系,吸合电压,证实了理论分析。利用理论分析公式计算了低驱动电压情况下的驱动位移。结果表明在10～15V的直流驱动电压下能产生等效于1g加速度的输出。

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.

提出了一种基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法.在分析光栅尺测量原理的基础上,探讨双光栅尺信号的切换合成;通过对莫尔条纹电子细分计数脉冲切换误差的分析,研究减小切换合成误差的方法;采用可编程逻辑器件FP-GA设计信号处理电路,并通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性.实验结果表明:此方法在光栅尺移动速度>1m/s时,具有10 nm分辨率,可满足新一代运动定位系统对高速高精度位移测量的要求.

研制了一款具有控制参数自调整功能的非接触式微量试剂分配系统，该系统采用精密微电磁阀控制预压液体的流动来实现试剂的分配操作。独特的试剂分配管路设计使电磁阀不易堵塞；非接触式的分配方式减少了试剂污染，分配速度更快，更易清洗。研制了一款MEMS压差式微流量传感器并集成于系统中用于采集试剂分配过程中的流量信息，实现了试剂特性和体积变化时控制参数的自动调整，提高了分配精度和灵活性。针对不同粘性试剂进行分配精度的测试，结果表明，该系统最小可分配50nl体积试剂，分配精度达8％。在分配试剂体积〉1μl时，重复精度〈3％。该试剂分配系统可在高通量试剂操作过程中，针对多种不同特性试剂进行快速、灵活、微量、精确的试剂分配操作。

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。

针对二维直线运动平台末端出现偏摆误差、降低平台直线运动精度的现象,研制了一种新型的基于偏摆误差实时补偿的高速精密定位平台.基于电容式微位移传感检测技术,建立了新型精密定位平台的偏摆误差检测模型.采用赫兹接触理论,建立了滚珠导轨副的刚度模型,进而建立了基于滚珠丝杠驱动、直线滚珠导轨副支撑的宏动工作台的偏摆振动模型.实验结果验证了宏动工作台偏摆振动模型的有效性;采用微动工作台进行宏动工作台直线运动偏摆误差的实时补偿,新型精密定位平台的性能得到较大改善.

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.

介绍了穿地龙机器人的总体设计方案,进行了基于PWM高速开关阀控制的液压驱动系统的设计,建立了数学模型,进行了系统的动态响应仿真与分析,得出此液压系统能够保证冲击活塞以可以调整的冲击频率与冲击能进行稳定振动的结论.