现代生物科学技术的发展依赖于现代仪器设备的性能,这些仪器设备的性能决定了生物技术研究的水平。染色体切割装备的技术水平制约着染色体微切割、微克隆技术的应用。本文在对染色体切割装备、并联机构、宏微操作方面进行综述的基础上,利用并联机构的高精度、高刚度、高速度等特点,基于宏微双重驱动的思想,研究了新型的染色体切割装备6-PPPS正交并联宏动系统的机构学问题,主要研究内容包括:1.分析了6-PPPS宏动系统的几何约束条件,建立了由机构18个移动副运动参数表示的方向余弦矩阵,以此矩阵进行机构无数值计算的符号形式位置正反解研究,探讨了满足机构球铰约束下的唯一正解的判定方法,基于位置正反解进行了速度、加速度的正反解研究,得到了一阶、二阶影响系数。2.讨论了姿态空间的评价指标,针对6-PPPS宏动系统利用驱动差值建立驱动姿态参数的概念及其表达式,对比研究了欧拉姿态空间和驱动姿态空间,为机构设计参数的合理给定和机构轨迹规划提供了依据。3.研究了6-PPPS宏动系统的工作空间,建立了反映机构尺寸同机构工作空间的位置、体积关系的无量纲数学模型,基于工作空间的机构尺寸无量纲设计,讨论了定姿态下和给定姿态范围下的机构尺寸的设计方法。4.研究了6-PPPS宏动系统的动力学逆问题,以驱动量为广义坐标分别建立了完整的动力学模型和机构平动时的动力学模型,利用位置、一阶和二阶影响系数的无数值计算的符号解得出了驱动力的最终符号解,两种模型对比可以相互验证,且平动动力学模型利于实时控制。5.研究了6-PPPS宏动系统的误差建模与精度分析,基于位置无数值计算的符号正反解分别建立了机构的精度分析模型,对比分析两种精度模型,两者结果是一致的,考虑数值运算的精度时应根据情况选择使用或结合使用。分析了机构精度分布的特点,给出了精度补偿的方法。6.研究了6-PPPS宏动系统的轨迹规划,分析了位置轨迹规划时机构的运动特性,讨论了位置轨迹规划下路径及运动学特性实现的方法,建立了基于驱动姿态空间的姿态路径规划,讨论了关节空间轨迹规划时实现姿态路径的边界条件,分析了速度约束下的轨迹规划,基于不同角速度的变换建立了角速度雅可比,进行了染色体切割装备宏动系统的任务规划。本文的研究成果对染色体切割装备的设计与控制有重要的科学意义和实用价值。