随着近年来纳米技术[1]的不断发展和人工智能领域对算力需求的不断增长[2],对高性能低能耗的三维纳米器件的需求不断攀升,因此碳基芯片得到了发展和较多的研究。与传统的硅基芯片不同,碳基芯片采用碳纳米管（Carbon Nano Tube,CNT）[3]等碳基纳米材料作为基础构建电路[4],由于CNT的迁移率远高于硅[5],因此用CNT制备的场效应管（Field Effect Transistor,FET）和芯片具有优于硅基器件的性能。实现碳基芯片取代硅基芯片的关键在于纳米制造技术[6]。纳米操作是一种制造三维纳米器件的关键技术[7],以纳米操作为基础的微纳米加工技术成为解决碳基芯片制造工艺难题的极具前景和前瞻性的研究方向之一。纳米操作机器人在制造三维纳米器件的过程中需要进行无碰撞的纳米轨迹运动,运动分辨率在纳米级别,但是在运动过程中其迟滞非线性会造成周期性的轨迹误差,因此纳米操作机器人的轨迹精度和轨迹规划成为亟待解决的问题。本课题基于扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）中的纳米操作机器人平台展开了纳米操作机器人轨迹控制方法研究,建立了纳米操作机器人正逆运动学方程,并分析了纳米操作机器人的正逆运动学特征和运动空间。基于Simulink仿真平台建立了纳米操作机器人及工作环境的可视化运动学仿真模型,并在该模型中进行了纳米操作机器人避障轨迹运动的仿真。应用了二次电子成像图像识别方法对微纳操作机器人的运动轨迹进行了追踪并对运动误差进行了分析。建立了基于误差逆模型的补偿方法,对运动误差进行了有效的补偿。对操作机器人的圆形轨迹进行了控制,有效减小了机器人的运动误差。最后对改进的快速扩展随机树路径规划算法进行了研究,应用到了纳米操作机器人无碰撞搬运碳纳米管的示范运动。论文的主要研究内容如下:（1）本课题使用的微纳操作平台由SmartAct公司研制的三自由度位移系统和New Focus公司研制的单轴压电陶瓷旋转电机组成。通过D-H法分析了微纳操作平台的正向运动学关系,并通过求逆分析了逆运动学关系,然后利用雅可比矩阵分析了其关节速度和末端速度的关系,并通过逆雅可比矩阵分析了从末端速度到关节速度的关系。在分析了机器人运动学特征后,通过Solidworks和Simulink仿真平台建立了纳米操作机器人和扫描电镜中工作环境的运动学仿真模型,并在该仿真模型上进行了无碰撞轨迹的运动仿真。（2）利用扫描电镜二次电子成像图像识别的方法,对纳米操作机器人运动过程中的运动误差进行了检测。针对微纳操作平台在运动时X轴和Y轴的运动误差,采用了线性方程拟合和PI逆模型拟合两种方法建立了误差模型,并以此为依据建立了线性模型补偿方法和前馈控制补偿方法。通过控制实验得到了补偿方法补偿后的误差,实验结果表明,通过线性误差模型,直线运动误差至少减小了 75%,达到了 22.2nm,圆运动误差至少减小了 76.33%,达到了 67.96nm,通过PI逆模型前馈控制补偿,圆运动的误差减小了 78.32%,从244.73nm减小到53.05nm。（3）针对微纳操作自动化的需求,选择改进快速扩展随机树（Rapidly-exploring Random Trees,RRT）算法为路径规划算法,并研究了通过七段 S 型速度曲线轨迹插值算法和轨迹平滑算法获得平滑轨迹的方法。最后通过仿真模型验证了算法的有效性,并在建立的实验平台上进行了无碰撞搬运示范实验。