压电陶瓷驱动的微定位系统在扫描探针显微镜样品扫描台、纳米压印光刻、微纳操作、精密电子制造、精密加工、精密测量等许多领域应用广泛,一直是国际上的研究热点之一。本文正是在这一背景下,为平面3-RRR(3-revolute-revolute-revolute)微定位平台建立了机构本体性能评价模型,提出了优化设计方法,测试验证三个平面3-RRR微定位平台样机性能后,分别构建了对应的平面三自由度微定位系统,对系统总体性能指标进行了不同角度的实验研究。首先,研究了微定位平台的机构本体性能评价指标,以平面3-RRR构型为例,为微定位平台建立了性能评价模型,包含七项性能指标和四项约束条件的精确建模。以此为基础,提出了平面3-RRR微定位平台优化设计方法,使用多目标粒子群算法,结合帕累托优化理念,借助合适的决策手段,能够快速从丰富的帕累托前端中选取最为契合应用案例需求的非劣解。分别设计和加工了两个平面3-RRR微定位平台,样机七项性能指标等测试结果验证了所建立的性能评价模型的精度及优化设计方法的效率。其次,为进一步拓展微定位工作空间,研究了大行程平面3-RRR微定位平台。通过对不同微位移放大机构进行测试或仿真,选用两级杠杆放大机构来扩展行程。为提高放大比后不降低精度,构建了精确的预紧端、输入端和传递端三处位移损失理论模型。通过显微视觉、激光干涉、电容等多种测量方法对微定位平台进行测量,验证了三处位移损失模型。为进一步量化研究位移损失,设计加工了一个单自由度微定位平台。大行程微定位平台基本性能测试结果验证了微定位平台的大工作空间和高分辨率。然后,在对平面3-RRR微定位平台的性能评价模型、优化设计方法和大行程位移损失等研究后,分别搭建了与之对应的平面三自由度微定位系统。针对设计案例一对应的微定位系统,设计了不同模拟负载,对输入端和末端执行器进行了伺服参数寻优,获得了高精度的轨迹追踪效果;把设计案例二对应的微定位系统集成到宏微结合定位系统中,对宏定位系统在有限区域内的直线重复定位精度进行测试,精度满足预期;对大行程微定位平台实际加工尺寸进行了测量及补偿,在此基础上进行轨迹追踪伺服控制,使大行程微定位系统具有高轨迹追踪精度。最后,总结了本文研究内容并进行展望。本文的完成对设计高性能的平面3-RRR微定位平台及开发平面三自由度微定位系统提供了切实可行的思路和方法。