提出了一种以压电陶瓷驱动、以柔性铰链传动的自解耦二维微位移平台。该平台通过桥式机构放大输入位移,并基于双四杆平行四边形导向机构实现二自由度运动解耦。建立了柔性铰链的伪刚体模型,推导出柔性铰链弯曲刚度、平台输出刚度表达式,通过能量法计算了平台一阶固有频率。经试验验证,平台工作行程为126.10μm×126.30μm,重复定位精度可达0.29μm,运动耦合率小于2.2%,一阶固有频率为1096.12 Hz。结果表明,文中的设计分析方法可靠,微位移平台性能表现较好,具有较高的实用意义。

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。

基于蠕动原理和误差补偿技术,用压电陶瓷作为动力源设计了一种精密直线驱动器.建立了驱动器的动力学模型,并制作了样机.试验表明:在计算机闭环控制下,该驱动器能够可靠地实现双向运动.在行程为1 mm时,定位精度达到±0.01 μm;有效驱动力为20 N.

设计了一种基于压电陶瓷的三维微定位系统,通过12个空间分布的压电陶瓷微驱动器及4个工作平台的配合,实现X、Y、Z向的精密位姿控制。阐述了微定位原理、建立了载物台位姿与压电陶瓷微驱动器伸缩量之间的关系,介绍了系统误差来源以及微定位装置的构造。该研究可望为一些高科技领域的微进给提供实用新技术。

提出了一种锆钛酸铅（PZT）薄膜微致动器的结构模型。该致动器采用高d33特性的压电陶瓷材料,用于对空间谐振式微光机电（MOEMS）陀螺微镜进行位移和角度的精确定位。建立了该致动器的简化模型并利用有限元方法分析其驱动能力。结果显示,当采用双层结构的PZT薄膜微致动器时,在外加电压50V作用下,环形PZT位移控制器中心位移可达到0.345μm;十字形角度控制器偏转角度可达3.29″,增加PZT薄膜的层数可以进一步增加致动器对微镜位移和角度的控制能力。通过对仿真结果进行分析可以得出结论,选用多层PZT薄膜材料制成的微致动器能够满足调整微镜位移和角度所需的范围和精度要求。

能够高精度定位的直线位移驱动装置在精密光学机械工程以及其它领域都具有很大的实用价值。为此，我们设计制造了一种结构小巧灵活、能实现大行程和高精度定位的直线位移驱动装置。

微夹持器是完成微操作、微装配作业任务的重要工具,其体积、质量、张合量、微夹持力等是微夹持器设计过程中的重要指标.利用压电陶瓷作为微驱动元件设计了一种具有两级位移放大的微夹持器,并采用有限元软件对其进行张合量、微夹持力的分析.经实验测试,验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性.

针对精密工作台高速、低精度的矛盾,以柔性铰链为导向元件、压电陶瓷为驱动器,研究、设计了一种一维高分辨率压电式微定位机构.由于精密工作台高速运动产生的运动惯量较大,欲实现亚微米级的定位精度是很困难的,因而在精密工作台运行到位后,由微定位机构对检测装置所检测出的定位误差进行补偿,以提高工作台的定位精度;由于压电陶瓷微位移器件输出位移过小,因此提出了一种单自由度对称式柔性铰链放大机构来提高微定位行程.给出了机构的动力学模型,并结合光栅尺检测装置,设计并研制了数字闭环定位控制系统,对微定位机构的定位特性进行了测试.实测结果表明,此微定位系统可实现高分辨率、长行程定位,定位分辨率达0.01 μm.

提出了利用压电陶瓷的逆压电特性进行显微注射的设计方法,完成了显微注射仪的结构设计。利用计算机编制交替的驱动信号程序,通过压电陶瓷驱动器驱动电源对压电陶瓷进行驱动,压电陶瓷驱动器通过电致伸缩及对导杆的交替箝握实现显微注射仪的微米级步进运动,可精确控制显微注射时注射针的穿刺位置,有效提高显微注射成功率。

为了满足压电陶瓷致动器对驱动电源动态冲击特性的要求，提出一种新型的压电陶瓷驱动电源。用高速运放OP467作为核心芯片，搭建功率放大电路及恒流源泄放电路，并给出详细的电路原理图。实验表明，在输入为方波等动态信号时，该驱动电源可以良好地跟随输入波形变化，具有较高的上升和下降速率，频响范围可达到100Hz～60kHz。在同类型高压放大器中，其成本低廉，结构简单。