基于柔顺机构设计了一种新型压电式微喷点胶系统, 该系统由供胶装置、驱动装置和撞针阀组成。点胶系统的运动特征是利用柔顺机构的弹性变形驱动撞针往复直线运动实现撞针阀的开启和闭合, 完成微喷点胶功能。采用伪刚体方法得到点胶系统的驱动力、输出位移和频率特性, 结果表明, 系统的最大驱动力、输出位移和频率分别为56.4 N, 808 μm, 245 Hz, 说明所设计的点胶系统能满足所需的驱动力、行程和点胶速度。制作样机, 通过实验分析驱动电压信号的占空比、幅值、频率和胶液黏度对胶滴直径的影响, 得到了正常胶滴形成需满足的条件。实验结果表明: 系统的最高点胶频率为210 Hz, 最小胶滴直径为630 μm, 胶滴一致性误差为5.62%, 说明所设计的点胶系统具有较好的性能, 为微喷点胶系统设计和应用提供新的思路。

针对传统常力机构存在的运动副间隙、装配误差和摩擦磨损等问题, 设计了一种基于柔顺机构的常力微动平台。平台利用直梁正刚度和双稳态梁屈曲行为产生负刚度来实现其零刚度特性。平台由对称的直梁、双稳态梁和刚性连接块组成, 直梁和双稳态梁通过连接块并联连接。采用伪刚体法和椭圆积分法相结合的建模方法, 建立反映常力平台力学性能的理论模型。通过与有限元分析结果进行比较, 分析结果显示所建立的模型能准确反映常力平台的力学性能。基于所建立的力学模型, 提出一种提高平台常力运动范围和承载能力的优化设计方法。制作样机对该平台力学性能进行实验测试, 实验结果表明, 平台能在输出位移范围为 ［0.6~1.7］mm内能够保持约48 N常力, 证明了常力平台设计思路的可行性、所建模型的准确性和优化方法的有效性。

针对普通尺蠖式直线微驱动器运动速度低和输出力小等问题, 基于柔顺机构设计了一种新型尺蠖式直线微驱动器。微驱动器由箝位机构、驱动机构和输出轴组成, 其运动特点是驱动机构驱动箝位机构进行往复直线运动, 箝位机构带动输出轴作直线运动。箝位机构和驱动机构均采用柔性杠杆结构, 保证了微驱动器所需的箝位力与驱动力, 并提高了其运动速度。采用伪刚体方法建立了驱动电压与箝位力、驱动机构输入位移与输出位移之间的关系, 根据功能原理建立了输入力与驱动力之间的关系并制作了样机, 搭建了实验测试系统进行性能测试, 测试结果表明, 驱动器最大箝位力为216.43 N, 最大驱动力为13.5 N, 在驱动电压120 V, 频率95 Hz时, 达到最大速度48.91 mm/s。

为了提高微操作平台的操作空间和动态性能，基于响应面法对一种新型微操作平台进行了多目标优化设计。采用中心组合设计方法选取仿真试验点，根据试验点建立平台的参数化几何模型，应用软件ANSYS对平台进行静力学和模态分析得到其固有频率、位移放大倍数和最大应力的响应值。根据所得的仿真试验数据，采用最小二乘法和显著性检验建立反映平台性能指标的二阶多项式响应面模型。最后，计算了反映响应面拟合度的评价指标，验证了所建响应面模型的精确性。以微操作平台的放大倍数和固有频率为优化目标，强度为约束，建立了平台的多目标优化模型，采用多目标遗传算法对平台进行优化得到Pareto解集。从Pareto解集可知，固有频率与放大倍数之间是相互冲突的，故需权衡固有频率和放大倍数从Pareto解集选取最优解。比较优化前后平台的各性能指标可知，平台的固有频率增大了35.58 %，放大倍数增大了2.33 %，最大应力减小了38.97 %，证明了提出的优化方法的有效性。

为了实现3-RRR柔顺并联精密定位平台的精确运动, 研究了它的封闭形式精确运动模型和尺寸优化设计。采用卡氏第二定理建立精密定位平台的封闭式柔度模型。根据柔顺并联机构的结构特点, 将其划分为3个对称分布的运动支链, 并结合铰链的柔度模型和机构力传递关系分别推导出各个支链的刚度模型, 整个系统的刚度为所有支链在同一坐标系下的刚度的叠加。建立的刚度模型是以柔性铰链的柔度为变量的封闭形式模型。根据柔度矩阵可得到反映输入位移和输出位移之间关系的雅可比矩阵。理论模型与有限元分析的比较结果显示, 两者所得的运动模型误差为1.0%～9.5%, 证明了所推导运动模型的正确性和精确性。根据雅可比矩阵的封闭公式, 分析其对结构参数的灵敏度, 并由此选出对平台运动特性影响较大的优化设计变量。提出以最大化平台工作空间为目标, 以铰链强度、最大输入力、几何尺寸和输入耦合为约束的优化模型。结果表明, 优化后的结构参数能获得更大的输出位移, 说明该方案能满足优化设计要求。