微纳米机器人是当代机器人界研究的一个热点,在生物细胞操作、微元器件的加工和装配、大规模集成电路的检验和修补等方面有着广阔的应用前景.该文结合国家863计划"纳米移动机器人机理及实验研究"和中国科学院创新基金项目"全方位纳米移动机器人机理研究",对于全方位纳米移动机器人的运动机理、数学模型、以及无线控制等问题进行了比较系统深入的研究.当前纳米移动机器人研究领域的主要问题有:一、尽管提出了各种驱动机理,但是并没有一种特别有效的原理满足纳米操作的需要;二、对大多数纳米机器人的研究是建立在实验基础上的,没有可以系统描述其运动特性的运动学和动力学模型;三、目前纳米机器人的控制多是有线控制,导线的存在在很大程度上降低了机器人的运动精度.该文在广泛研究各种微驱动器及驱动机理的基础上,针对微纳米操作的特点,提出了一种新的全方位纳米移动机器人运动机理——即基于滚动摩擦的运动机理,并设计了全方位运动机构.机构依靠接触小球的滚动,可将压电陶瓷在垂直方向的变形转变成机构在水平方向的位移.当三个驱动单元成等边三角形布置时,通过控制压电驱动器的电压,就可以实现平面全方位运动.这种机构具有分辨率高,柔性好,体积小,刚度高,工作空间不受限制等优点.为深入研究纳米移动机器人的运动规律,作者建立了纳米移动机器人的运动学动力学模型,从理论上进一步论证了机构运动的可行性.作者所研制的纳米移动机器人在平面上具有三个自由度,可以实现全方位的运动;当接触小球固定时,它也可以作为一种三自由度微并联机构.该文给出了机器人平面运动及空间运动的运动学反解和正解,并利用拉格朗日法建立了动力学方程.设计了全方位移动机器人的控制系统,剖析了系统控制中存在的问题,提出无线控制的解决方案.将电路及控制元件集成在机器人上,使之成为一种无线遥控系统.结合纳米机器人的特点,解决了运动规划、实用步态和驱动波形等问题,并从硬件和软件两方面阐述了系统的实现.最后,以该文研制的全方位纳米移动机器人为载体,进行了运动学特性实验,实验结果与理论分析基本吻合.从应用角度验证了理论模型的正确性和系统设计及控制策略的可行性.