1、融合機(jī)械及電子特性的微電子技術(shù)的最新進(jìn)展促進(jìn)了微/納機(jī)電系統(tǒng)的出現(xiàn)。MEMS是一新興研究領(lǐng)域，在諸如機(jī)械、電子、航空航天、通訊和生物工程等工程領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
　　MEMS器件與其它微型器件相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，如更小的尺寸、更廉價(jià)和更快的響應(yīng)時(shí)間。MEMS技術(shù)的進(jìn)展對一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展及社會(huì)進(jìn)步具有至關(guān)重要的影響。因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)療保健、制造與交通運(yùn)輸、電力與能源系統(tǒng)和航空航天與國家安全領(lǐng)域取得重大突破皆有懶于微技術(shù)的

2、進(jìn)步。由于MEMS在微型化發(fā)展方面的潛力，使得MEMS技術(shù)的進(jìn)展得到研究學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
　　產(chǎn)品微型化趨勢的日益加強(qiáng)，使得微組裝技術(shù)的進(jìn)步被看作是對國家經(jīng)濟(jì)、人口和社會(huì)產(chǎn)生長遠(yuǎn)影響的技術(shù)之一。微組裝在過去幾年發(fā)展迅速，是諸如醫(yī)療保健、通訊、國防和航空業(yè)等高附加值領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。
　　微納米定位平臺在機(jī)械和電子工業(yè)中是極為重要的。微器件的組裝涉及到尺寸極小的部件的裝配。微夾持器在諸如為了實(shí)現(xiàn)微型系統(tǒng)的微型零件的組裝及機(jī)電封

3、裝過程中的構(gòu)件組裝等重要場合獲得廣泛應(yīng)用。用于微\納操作的機(jī)械手為實(shí)現(xiàn)有效的操作必須具備具有能穩(wěn)定并且高精度地抓握不同形狀的物體的能力。微夾持器是微型機(jī)器人和微組裝技術(shù)中實(shí)現(xiàn)微操作的關(guān)鍵設(shè)備之一。
　　柔性機(jī)構(gòu)在微機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要作用，柔性機(jī)構(gòu)各個(gè)部分的變形構(gòu)成了自身的運(yùn)動(dòng)。這些柔性結(jié)構(gòu)通過彈性變形來產(chǎn)生所需要的位移，柔性機(jī)構(gòu)在很多領(lǐng)域的設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮了巨大作用，如自適應(yīng)結(jié)構(gòu)、手持工具、交通運(yùn)輸、電子和醫(yī)療器械。柔性機(jī)構(gòu)

4、的引入可以減少元件的數(shù)量，同時(shí)也降低了制造成本，提高了使用性能。
　　在過去幾十年，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的概念已在越來越多的工程領(lǐng)域中被更廣泛地采用，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)更為合理及經(jīng)濟(jì)可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更具有材料消耗少的優(yōu)點(diǎn)。它具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，例如在汽車、航空航天和微機(jī)電系統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域。拓?fù)鋬?yōu)化是一專門用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的優(yōu)化方法。拓?fù)鋬?yōu)化是在給定設(shè)計(jì)域內(nèi)尋找最佳結(jié)構(gòu)分布，最終實(shí)現(xiàn)給定目標(biāo)的最優(yōu)分布的技術(shù)，即拓?fù)鋬?yōu)化方法是用來求解結(jié)構(gòu)

5、構(gòu)件材料的最佳分布的。
　　本課題將拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)應(yīng)用到2維和3維柔性機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，這些機(jī)構(gòu)有著不同的載荷、邊界條件和功能。提出了一種可實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)及平行運(yùn)動(dòng)的新型柔性微米級夾持機(jī)構(gòu)。與此同時(shí)設(shè)計(jì)了一種毫米級夾持器，它能夠在平行運(yùn)動(dòng)的同時(shí)對抓取物體實(shí)現(xiàn)精確定位。
　　研究了柔性夾持器的設(shè)計(jì)方法及實(shí)現(xiàn)抓取臂平行運(yùn)動(dòng)的方法。采用對稱路徑柔性機(jī)構(gòu)，拓?fù)鋬?yōu)化后的夾持器完成了抓取和抓取臂平行運(yùn)動(dòng)的結(jié)合。這種機(jī)構(gòu)能夠抓取一個(gè)物體并使其做點(diǎn)

6、對點(diǎn)平移。
　　提出了一種3維柔性微米級夾持結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法，這種機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)并完成抓取臂的平行運(yùn)動(dòng)。通過 ANSYS在給定設(shè)計(jì)域內(nèi)建立了3維有限元分析模型。
　　拓?fù)鋬?yōu)化程序是通過商業(yè)軟件 ANSYS完成的。在給定設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)，建立了2維和3維有限元分析模型。平均柔度（最大總體結(jié)構(gòu)剛度）被作為目標(biāo)函數(shù)來考慮，使其在給定設(shè)計(jì)量的前提下尋找能夠?qū)⑵骄岫瓤刂圃谌〉貌牧戏植嫉淖钚≈?。材料剛度、密度等特性參?shù)化的材料模型是

7、建立在已知的各向同性材料 SIMP模型基礎(chǔ)之上的。采用ANSYS程序中的優(yōu)化算法來做最優(yōu)判別準(zhǔn)則，它是通過APDL來實(shí)現(xiàn)的。
　　研究了四種能夠?qū)崿F(xiàn)沿直線平行運(yùn)動(dòng)的柔性微米級夾持機(jī)構(gòu)模型，并闡明了這些機(jī)構(gòu)的最佳配置，建立了機(jī)構(gòu)3維有限元模型。這些柔性微米級夾持結(jié)構(gòu)能應(yīng)用于直徑為400μm物體的拾取。同時(shí)，提出并討論了能夠?qū)崿F(xiàn)夾持臂平行運(yùn)動(dòng)的納米級夾持器的最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立了3維有限元模型。
　　論證了實(shí)現(xiàn)納米、微米級物體的微