21世纪以来,纳米技术得到了快速的发展与广泛的应用,人们期待纳米技术在促进传统行业改造升级的同时,也能够改善生活质量与生活环境。纳米技术的核心是纳米器件制造技术,传统半导体制造技术难以满足纳米器件制造中稳定、可靠的要求,扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)中的微纳操作机器人系统是解决这一问题的方法之一。微纳操作平台是微纳操作机器人系统的重要组成部分,可搭载末端执行器完成纳米操作任务,三自由度的微纳操作平台可执行X-Y-Z方向的直线运动,在微纳操作平台运动过程中,平台的装配配合问题等诸多因素都会使微纳操作平台产生运动误差,进而影响纳米操作的稳定性与成功率。本文将基于扫描电子显微镜的视觉成像与图像处理方法检测微纳操作平台的运动误差,采用前馈补偿策略对微纳操作平台的X轴和Y轴的直线运动进行误差补偿,并结合直线插补算法和圆弧插补算法实现微纳操作平台沿轨迹稳定地运动,最终基于对立安装的微纳操作平台实现沿轨迹搬运碳纳米管的纳米操作任务。论文的主要研究内容如下:(1)本课题所使用的微纳操作平台为德国SmarAct公司研制的型号为SLC-1720-S的微纳运动平台,分析微纳操作平台的粘滑运动机理与内部结构组成。研究扫描电子显微镜的二次电子图像处理方法,针对二次电子图像噪声多的问题,采用高斯滤波方法进行平滑处理,针对二次电子图像成像亮度、对比度不固定的问题,基于图像直方图进行自适应阈值分割处理,针对电荷累积导致二次电子图像漂移的问题,对图像进行漂移检测和补偿研究。(2)针对微纳操作平台的X轴和Y轴运动时存在的直线运动误差,且该误差无法通过内部传感器检测的问题。结合扫描电子显微镜的视觉成像,采用边缘轮廓尖端检测的图像处理方法对末端执行器拾取的碳纳米管的尖端位置进行定位与跟踪,描述微纳操作平台的X轴和Y轴在不同步距速度下运动的运动轨迹和运动误差,得到运动轨迹数据表。结合微纳操作平台的粘滑运动机理和机械结构组成,分析运动轨迹和运动误差产生的影响因素。(3)针对纳米操作过程中微纳操作平台稳定运动的需求。结合运动误差产生的原因和运动轨迹数据表,对微纳操作平台的运动轨迹进行拟合建模,得到位移输出的前馈控制函数。基于VC++编写运动控制上位机软件,采用垂直轴(X轴与Y轴相互垂直)的微纳操作平台对二维平面内的直线运动误差进行前馈补偿,实验结果表明直线运动的最大偏移误差量减小了 84.5%。在实现稳定直线运动的基础上,结合直线插补算法与圆弧插补算法,实现微纳操作平台稳定地沿轨迹运动。在微纳操作机器人系统中,控制对立安装的两个操作平台完成沿轨迹搬运碳纳米管的纳米操作任务,并测得搬运后碳纳米管的I-V曲线,实验结果表明,微纳操作平台的运动误差得到了减小,稳定性得到了提高。